煤层气制备金刚石（煤层气生产金刚石）

作者 | 沈春蕾 程春生 白旭光

于盛旺（右二）在实验室

山西煤层气资源丰富，碳年储量和产量均占全国90%以上。这么多的煤层气为什么不能用来有效降低生产成本？

于是，于盛旺开始尝试用煤层气来合成金刚石，这也是金刚石制备领域的一次全新尝试。

“企业的诱惑力确实比较大，但如果去了企业，做的可能只是一些技术改造工作，而在学校，我可以做一些原创性的研究。况且，我曾经在太原读过书，太原理工大学拥有和谐包容的氛围，在这里我能做自己喜爱的科研工作。”于盛旺说。

一间锅炉房改造的实验室、8万元项目启动资金、历时6年艰苦攻关、首创煤层气人工合成金刚石……

近日，山西新碳超硬材料科技有限公司宣布成立，这标志着太原理工大学“煤层气生产金刚石”项目正式进入运行阶段。

该项目负责人、太原理工大学教授于盛旺告诉《中国科学报》：“我们现在做一克拉金刚石最低端产品需要10立方米的煤层气，约30元左右；一克拉金刚石按最低价可卖近200元，等于涨了6倍。”

更重要的是，“煤层气生产金刚石”项目为山西煤层气资源找到了一个“论克拉卖的价值链”。

一次全新尝试

金刚石是自然界最坚硬的物质，有着众多优异性能，被誉为“21世纪战略性材料”。

由于国内人工合成技术落后，国外实施高端产品封锁，我国把自主研发合成金刚石作为打破国外垄断的战略攻关项目。

2012年，于盛旺从北京科技大学获得博士学位。

当时，好几家单位向他抛出了橄榄枝，其中一家企业甚至开出了400万元科研经费、30万元安家费、24万元年薪的条件，但他对此无动于衷，并最终选择了太原理工大学。

谈及当初的选择，于盛旺表示：“企业的诱惑力确实比较大，但如果去了企业，做的可能只是一些技术改造工作，而在学校，我可以做一些原创性的研究。况且，我曾经在太原读过书，太原理工大学拥有和谐包容的氛围，在这里我能做自己喜爱的科研工作。”

当年，太原理工大学只能给于盛旺提供8万元的启动经费，这些钱购置一些设备后所剩无几。

入职后，于盛旺与10余位志同道合的老师一同创建了超硬材料实验室，将学校曾经的一间锅炉房改造成项目组的实验室。

“也许在别人看来觉得比较艰苦，但我觉得锅炉房挺好，可以装一些大设备，做工艺性的实验。”于盛旺这样告诉记者。

当时做实验用的原料气体价格昂贵，为了省钱，于盛旺骑着自行车跑遍整个太原找原料。

“有一次调研，我看到山沟里全是矿井，矿井地下的瓦斯气体主要成分就是我们做金刚石的一个原料气。”这一偶然发现触动了于盛旺。

山西煤层气资源丰富，碳年储量和产量均占全国90%以上。这么多的煤层气为什么不能用来有效降低生产成本？

于是，于盛旺开始尝试用煤层气来合成金刚石，这也是金刚石制备领域的一次全新尝试。

一条转型路子

“于盛旺团队的实验室在晚上八九点依然灯火辉煌，周末他们也经常加班。为了节约开支，这个团队还自己模拟计算，定制零部件，回来动手组装，这样既做出了设备也打磨了工艺。”太原理工大学材料科学与工程学院党委书记唐宾回忆道。

功夫不负有心人。

2014年，于盛旺团队设计制造出一套能够长时间连续生产的第一代高功率微波等离子体化学气相沉积金刚石生产装置，使煤层气成为金刚石生产的电力燃料气和反应原料气，反应后的低碳尾气再次成为电力燃料助燃气，实现了煤层气的闭环应用。

据介绍，与国际上同类装置相比较，该装置具有结构简单、容纳功率高等诸多优点，装置制造成本低，仅为同类进口装置的几分之一，而生产同类别金刚石的效率却提高了2～4倍。

为感谢学校的知遇之恩，于盛旺团队将该装置以太原理工大学的英文缩写TYUT命名，该装置及相关技术获得了国家发明专利授权。

2015年底，于盛旺团队在国内率先制备出电子级金刚石膜产品并实现其在特殊领域的自主应用，彻底打破了国际技术垄断和产品禁运，使太原理工大学成为国内唯一、国际第二家能够生产该类产品的单位。

太原理工大学党委书记吴玉程2017年上任后做的第一件大事就是，组建金刚石合成与产业化应用团队，以建设碳材料工程研究中心平台为载体，推动金刚石等一批科研项目加速成果转化和产业化。

太原理工大学校长、中国工程院院士黄庆学也在学校早期特批600万元专项经费的基础上，多方联系促成于盛旺团队项目的转化应用。

2018年，山西省省长楼阳生在太原理工大学调研时，对金刚石项目大加赞赏，当即决定从省长特别经费中拿出600万元，支持团队进一步完善研发条件，并要求尽快实现技术本地转化，为山西煤炭能源工业可持续发展探索出一条升级转型的路子。

一项创新成果

2018年，在各方推动下，太原理工大学与阳煤集团正式签署“煤层气生产金刚石”项目合作协议。此后，双方又为此做了大量工作、付出了不懈努力。

“今年五一小长假、端午假期以及目前的暑假，双方相关领导和科研人员都没有休息，在忙着项目落地转化的事情，针对金刚石项目进一步研发共建的超硬材料联合实验室即将挂牌。”太原理工大学具体负责该项工作的副校长树学峰告诉记者。

本文开头提到的山西新碳超硬材料科技有限公司，就是由太原理工大学和阳煤集团基于双方的项目合作协议而联合成立的科技创新企业，旨在加速“煤层气生产金刚石”项目的产业化和推广应用，也标志着这一重大创新成果最终将在本土实现转化。

树学峰介绍，以新碳科技公司成立运行为新起点，校企双方将进一步充分发挥校企联合优势，共同对技术、资金严格把关，共创互补、互惠、共赢的新局面，促进太原理工大学更多科技成果实现产业化，加速山西煤炭的绿色清洁高效利用。

记者在采访中获知，太原理工大学已破格聘任于盛旺为教授。此举既是对于盛旺等研发型人才的充分肯定，也激发了科技人才和学科团队服务地方转型发展的内生动力。

太原理工大学科研院负责人告诉记者，为了使更多科技成果加速转化，太原理工大学还成立了山西首家技术转移公司，努力为成果产出与转化、学术团队与创新人才培养、毕业生就业等提供服务。

据介绍，除了“煤层气生产金刚石”项目，太原理工大学的“双气头多联产系统”“采掘用装备数字化集成设计及虚拟监测技术与系统”“民用洁净焦炭生产关键技术及应用”“地沟油一步法连续生产煤浮选药剂”等项目也已得到广泛应用或正在加紧研发转化。

《中国科学报》 (2019-08-08 第6版 转移转化)