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董事长专访|四方光电熊友辉:引领气体传感器核心技术,解决环保产业关键问题

来源:四方光电 作者: 人气: 发布时间:2021-04-21 18:15:55

导读:在环保产业年度重要展示平台的“环博会”上,四方光电现场展示了烟气排放监测、发动机排放气体监测、室外扬尘监测、温室气体监测等气体成分及流量测量的解决方案。其中,包括满足碳排放监测要求的烟气分析解决方案首次亮相,在业界引起了不小的轰动。站在“十四五”的开局之年,四方光电将如何助力国家“双碳”目标的达成?新的发展形势下,又将如何适应新形势,做好布局与规划?环保在线记者有幸采访到四方光电董事长熊友辉博士。

在作为环保产业年度重要展示平台的“环博会”上,四方光电现场展示了烟气排放监测、发动机排放气体监测、室外扬尘监测、油烟监测、温室气体监测、工业过程在线气体监测等气体成分及流量测量的解决方案。其中,包括满足碳排放监测要求的烟气分析解决方案首次亮相,在业界引起了不小的轰动。站在“十四五”的开局之年,环保产业又迎来了新的发展突破口。四方光电将如何助力国家“双碳”目标的达成?面对新的发展形势,四方光电又将如何适应新形势,做好布局与规划?环保在线记者有幸采访到四方光电的董事长熊友辉博士。

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深耕气体传感器创新领域,构筑核心技术“护城河”

熊友辉博士告诉环保在线记者,四方光电长期专注于气体传感器的科技创新,从创立的2003到2011年,四方光电主要发展基于核心气体传感器的工业过程和环境监测气体分析仪,并逐步启动民用气体传感器产业配套;2012到2020年,四方光电积极发挥核心技术及质量体系的优势,发力智能家居、智慧医疗、汽车电子等领域,逐步形成了智能气体传感器与高端气体分析仪器双轮驱动的发展格局。

2003年,四方光电成功开发基于电调制非分光红外气体传感器,该产品于2004年通过湖北省科技厅组织的科技成果鉴定,达到国际先进技术,此后该产品获得“国家重点新产品”证书。针对双光束NDIR 气体传感器测量二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)存在水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)等的较强干扰,同时测量低端分辨率不高的缺点,公司通过对微流量芯片-微流量红外探测器-微流红外气体传感器(micro-flow NDIR)的深度开发,已经成为在技术上可以与国际上气体分析仪器巨头并肩的厂家之一。微流红外气体传感器项目也于2020年获得工信部强基工程-传感器“一条龙”示范项目。通过十余年的持续创新,目前四方光电已形成了包括光学(红外、紫外、光散射、激光拉曼)、超声波、MEMS金属氧化物半导体 (MOX)、电化学、陶瓷厚膜工艺高温固体电解质等原理的气体传感技术平台。通过使用上述一种或多种技术组合,四方光电能够根据客户需求提供多种产品。

熊友辉博士表示,当前四方光电的环境监测气体分析仪器产品主要应用于烟气、尾气监测领域。其中烟气监测领域产品包括红外(紫外)烟气传感器模组、红外(紫外)烟气分析仪、烟气排放连续监测系统(CEMS)及船舶废气排放连续监测系统。主要检测对象是二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、颗粒物(PM)的浓度,应用于火力发电厂、炼钢厂、垃圾焚化厂等产生污染气体的工业企业等固定污染源及大型船舶等移动污染源。在尾气监测领域,公司采用高性能双光束NDIR检测一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(HC);采用微流红外、非分光紫外(NDUV)、紫外差分(UV-DOAS)技术直接检测氮氧化物(NOx),而不需要采用复杂且昂贵的NOX转换器。

依托NDIR核心技术积累,发力温室气体监测市场正当时

“2020年习近平总书记在联合国发展大会上代表中国提出了2030碳达峰、2060碳中和的宣言,也为环保行业的发展树立了新目标”,熊友辉博士向记者介绍,在碳中和产业中的温室气体在线监测领域,四方光电具有较好的技术和产业基础,目前在碳中和监测控制领域具有较多应用场景。四方光电在碳中和领域最典型的应用就是对多种温室气体的总量(温室气体成分分析仪器+气体流量)计量。

在二氧化碳(CO2)的气体检测方面,四方光电有两种不同用途的CO2传感器:一种是四方光电采用NDIR热电堆红外技术开发的民用/车载用的扩散式CO2传感器,一种是四方光电全资子公司-湖北锐意自控采用微流红外、双光束红外(热电堆或者热释电)等技术开发的高端CO2传感器。前者主要用于绿色建筑和智能座舱中的暖通空调(HVAC)控制,确保在舒适安全条件下的节能减排,通过智能化降低建筑和车辆的碳足迹;后者主要用于工业、农业过程中CO2排放总量的高精度测量,用于碳排放的核查和交易。后者的精度要求显著高于前者,价格比前者也高两个数量级。

当然,碳中和领域对气体的监测不仅仅是CO2气体浓度,而是多种温室气体的总量(成分+流量)计量。京都议定书中规定控制的6种温室气体,除二氧化碳(CO2)之外,还有甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。四方光电全资子公司湖北锐意自控的微流红外、双光束红外、TDLAS等气体传感器技术可以应用在对工业污染源的上述多种温室气体排放浓度的监测;同时公司具备的超声波、差压等原理的气体流量传感器可以用于温室气体流速和体积的监测。公司以工业用气体传感器技术平台、分析仪器及工信部沼气工程物联网专项为基础,为大中型沼气工程、生物质燃气工程、煤层气瓦斯气综合利用工程等诸多领域提供了包括测量CH4和CO?等气体质和量的计量装置,这些装置是开展清洁发展机制(CDM)碳交易的基础数据。随着碳减排逐渐成为一些国家的自愿行为,以及碳核查基于的MRV(可测量、可报告、可检验)原则,对温室气体排放总量在线监测系统的需求将呈现增长趋势。

我国已经安装了大量的CEMS系统用于环保监测, 主要是对二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、粉尘颗粒物(PM)的监测。碳中和政策出来后,需要增加CO2、CO等“碳”的测量指标,由于CO含量较低,因此微流红外传感器成为测量CO2+CO参数的最佳选择。同时用于碳交易还需要更加准确的烟气流量传感器配合,目前大量的CEMS系统采用皮托管差压原理测量流速并测算流量,由于是“点式”测量,准确度与气体分析仪器的精度相差巨大,因此有必要开发新型的高精度烟气流量传感器,例如超声波、红外相关法、静电法等原理的新型烟气流量计。

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协同气体传感器技术平台,新产品层出不穷

熊友辉博士表示,碳中和关系到产业链的方方面面,从原材料和能源的开采到产品进入市场,每一个环节都需要控制碳排放,这也让气体环境监测仪器有了广阔的市场。比如,烟气分析仪是大气环境监测系统的重要组成部分,但烟气成分较为复杂,主要成分有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)等,随着排放标准越来越低,对烟气分析仪的性能要求也越来越高。这次四方光电全新推出的烟气分析仪Gasboard-3000UV,集公司多种核心气体传感技术于一体:基于UV-DOAS紫外差分吸收光谱气体分析技术测量二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX),微流NDIR技术测量一氧化碳(CO)、甲烷(CH4),双光束红外NDIR测量二氧化碳(CO2)等。结合公司超声波气体流量测量十余年的技术积累,公司正在积极开发超声波烟气流量计,因此可以一站式满足国内碳排放的监测要求。

在室外空气品质监测领域,记者看到四方光电也在持续发挥技术优势,推陈出新。问及此次室外扬尘监测传感器展区产品时,熊友辉博士向记者介绍了产品开发的初衷以及创新应用对产业链的推动作用:我国室外扬尘网格化监测经历了早期的β射线吸收法到采用民用净化器大量应用的激光粉尘传感器的过程。在使用过程中发现,民用的激光粉尘传感器不仅不能满足-30~70℃室外环境温度的全天候使用要求,同时还必须面对监测场所,特别是建设工地经常喷洒降霾的水雾影响,或者下雨潮湿的气候环境等。这种环境下,水雾经常被判断为严重雾霾造成爆表。民用激光传感器由于激光功率小,采样流量小,PM10分辨率很低,无法提供准确的PM10, 通常采用根据PM2.5的数字进行比例计算,造成PM10监测数据失真。在这种背景下,四方光电通过采用宽温型大功率线型激光光源、API粉尘自动识别技术、先进的流道设计实现抗污染、大流量车规级采样装置、高湿度环境的水雾去除装置等,研制出了扬尘传感器PM3006系列产品,低成本地实现了对室外扬尘粉尘与β射线吸收法达到0.9相关系数的高精度测量。凭借长期的技术积淀、良好的产品性能,目前四方光电室外扬尘监测传感器PM3006系列已取得多项发明专利及实用新型专利。在国内市场,多款搭载PM3006系列的扬尘监测类产品,获得了计量器具型式批准证书(CPA);在海外市场,同样也取得了当地权威机构的测试认证。在韩国多款搭载PM3006的户外监测类产品,获得了韩国环境部授权的三大认证机构(KTR/ KECO/ KCL)的最高等级1级认证。目前,产品已经销往全国并出口到海外多个国家和地区,被国内外知名企业认可。

最后,四方光电熊友辉博士告诉记者,四方光电也将不忘初心,依托在气体传感器及分析仪器方面的技术积累,开发出更多的优质产品;也将持续关注行业发展趋势,发挥自身技术优势,为早日实现“碳达峰”和“碳中和”目标贡献力量。

关于四方光电

四方光电股份有限公司(以下简称“四方光电”)是一家从事智能气体传感器和高端气体分析仪器的科创板上市企业(股票代码688665)。公司2003年成立于武汉“光谷”,形成了包括光学(红外、紫外、光散射、激光拉曼)、超声波、MEMS金属氧化物半导体 (MOX)、电化学、陶瓷厚膜工艺高温固体电解质等原理的气体传感技术平台,拥有100余项国内外专利,产品广泛应用于空气品质、环境监测、工业过程、安全监测、健康医疗、智慧计量等领域。

四方光电建设有省级企业技术中心和湖北省气体分析仪器仪表工程技术研究中心。同时公司积极融入国家技术创新体系,先后获得国家重大科学仪器设备开发专项、工信部物联网发展专项、工信部强基工程传感器“一条龙”、科技部科技助力经济2020重点专项、湖北省技术创新重大项目等多个项目的支持,被国内外行业权威机构列为中国气体传感器主要厂商和代表性企业,并荣获中国物联网产业联盟“最具影响力物联网传感企业奖”。

四方光电作为中国气体传感器的龙头企业,凭借长期的技术沉淀、严格的质量体系及国际化视野,已经成为诸多世界500强及国内外细分领域头部企业的配套供应商。目前公司产品已经出口至八十多个国家和地区,正在朝着传感器领域的国际品牌迈进。

(编辑:Frank)

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