作為人類社會賴以生存的三大資源，能源、物質(zhì)和信息總是在互洽中共同演進(jìn)。其間，能源與動力系統(tǒng)的先發(fā)性變革，往往會帶來物質(zhì)的制造、轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸和信息的獲取、處理、傳輸?shù)闹卮蟾镄?。世界發(fā)展歷史表明，唯有引領(lǐng)世界能源技術(shù)創(chuàng)新，才可能實(shí)現(xiàn)大國崛起。
　　從全球范圍來看，煤炭直到1965年才被石油所超越，石油峰值的來臨，可能要到2040年左右。目前，石油(33%)、煤(29%)、天然氣(24%)依然是一次能源的主力軍，這很大程度上給后發(fā)展國家和地區(qū)帶來宏觀影響。而崛起中的大國，在能源技術(shù)創(chuàng)新方面，則超前于時代。這是因?yàn)槟茉刺娲枰當(dāng)?shù)年乃至數(shù)十年的過程。如從1712年第一臺紐科門蒸汽機(jī)成功運(yùn)轉(zhuǎn)，到1776年瓦特蒸汽機(jī)開始商業(yè)化制造，歷經(jīng)64年；從1876年奧托制造出第一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，到1914年福特流水線生產(chǎn)T型車，用了38年。
　　今天，新一輪能源變革的歷史機(jī)遇開始垂青中國。雖然當(dāng)前中國能源結(jié)構(gòu)還是以化石能源為主，但可喜的是，以光伏為代表的太陽能清潔能源已經(jīng)崛起。對此，業(yè)內(nèi)專家表示：“只要有太陽，光伏就有未來。”
　　突破技術(shù)封鎖的恩菲決心
　　多晶硅是一種超高純材料，是制造基礎(chǔ)電路等半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，也是當(dāng)今光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的核心材料，更是國家鼓勵優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略材料，更有“上帝賜給人類的寶石”之稱，足見其對于現(xiàn)代社會信息化和全球化解能源危機(jī)的重要作用。
　　但在二十年前，世界多晶硅生產(chǎn)的核心技術(shù)長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場壟斷的狀況。在這樣的情況下，我國多晶硅生產(chǎn)全部依賴技術(shù)進(jìn)口，而且即便是進(jìn)口技術(shù)，也只是引進(jìn)落后的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)水平、規(guī)模、成本、能耗、環(huán)保等問題備受詬病——市場有限、技術(shù)薄弱，行業(yè)前景并不明朗。
　　在這樣的行業(yè)發(fā)展背景下，中國恩菲下定決心要研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，打破美、日、德技術(shù)封鎖嚴(yán)重，擔(dān)起助推行業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)振興的國家責(zé)任，持續(xù)研發(fā)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
　　1997年，對于行業(yè)而言，閉環(huán)三氯氫硅法生產(chǎn)多晶硅還很陌生。伴隨中國恩菲設(shè)計的年產(chǎn)百噸多晶硅試驗(yàn)示范線的成功投產(chǎn)，干法回收、氫化等多項(xiàng)技術(shù)難題得到成功破解，項(xiàng)目獲得國家優(yōu)秀工程設(shè)計銀獎，行業(yè)對技術(shù)的深入研究也邁開了跨越的腳步。2000年，中國恩菲在國內(nèi)率先開展多晶硅高效節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)與裝備研究，隨后獲得國家發(fā)明專利“四氯化硅氫化制備三氯氫硅方法”授權(quán)。2002年，中國恩菲完成“年產(chǎn)2000噸三氯氫硅新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，自主研發(fā)的“合成產(chǎn)物加壓冷凝技術(shù)”“加壓提純技術(shù)和尾氣干法回收技術(shù)”得到成功應(yīng)用，一舉解決了多晶硅生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化率極低、絕大部分原料硅進(jìn)入尾氣并作為廢氣處理這一關(guān)鍵難題，并在節(jié)能環(huán)保方面取得顯著成效，為建設(shè)萬噸級工廠提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，也更加堅定了恩菲人發(fā)展多晶硅產(chǎn)業(yè)的決心和信心。
　　多晶硅告別“三高”的恩菲技術(shù)
　　當(dāng)前，盡管我國多晶硅產(chǎn)量已經(jīng)位居世界前列，但對外進(jìn)口量依然驚人。伴隨國內(nèi)光伏內(nèi)需市場的快速啟動，其對多晶硅的需求仍將持續(xù)增長。但是在多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的這些年里，其生產(chǎn)過程中的高能耗、高污染、高成本（三高）問題一直為世人所詬病。
　　對此，中國恩菲副總工程師、全國勞動模范、有色行業(yè)設(shè)計大師嚴(yán)大洲卻有話要說，他表示，多晶硅產(chǎn)業(yè)立足于現(xiàn)有主工藝，“三高”（高能耗、高污染、高成本）的帽子應(yīng)該被摘掉，客觀反映出整個行業(yè)的情況。這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，從規(guī)模上來看已經(jīng)有很好的基礎(chǔ)，但有幾個方面我們?nèi)砸^續(xù)研究。首先是爭取能耗的進(jìn)一步降低；其次要提高和穩(wěn)定多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量，這里面包括系統(tǒng)的穩(wěn)定、配套條件的穩(wěn)定、增強(qiáng)對已有技術(shù)的掌控和穩(wěn)定運(yùn)行；同時要加大對多晶硅新產(chǎn)品的開發(fā)，包括其副產(chǎn)物的開發(fā)利用。
　　在多晶硅生產(chǎn)工藝創(chuàng)新方面，中國恩菲經(jīng)過多年的努力，終于實(shí)現(xiàn)了其閉路循環(huán)。中國恩菲在高純多晶硅的生產(chǎn)過程中，將高純?nèi)葰涔栌酶呒儦錃膺€原成高純多晶硅的過程，其能耗占總能耗超過50%，是實(shí)現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能降耗的重點(diǎn)。大型節(jié)能還原爐系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)多晶硅產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決多晶硅大規(guī)模生產(chǎn)、成本低廉、提高產(chǎn)品質(zhì)量的根本途徑。中國恩菲多晶硅研發(fā)團(tuán)隊(duì)首次創(chuàng)立節(jié)能還原爐系統(tǒng)設(shè)計方法，通過模擬優(yōu)化，大幅提高多晶硅節(jié)能還原爐單爐年產(chǎn)量，在此基礎(chǔ)上，還成功研發(fā)36對棒、48對棒、60對棒大型節(jié)能多晶硅還原設(shè)備及加壓還原工藝技術(shù)，為萬噸級多晶硅生產(chǎn)線和節(jié)能技改提供技術(shù)支撐，具有重大的市場價值和良好的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)前景。同時將整個多晶硅工程的各種能源要素通盤考慮，冷熱綜合利用，為多晶硅低成本、低能耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造條件。
　　多晶硅還原尾氣主要含有氫氣、氯化氫、三氯氫硅、四氯化硅等成分。過去通常采用濕法回收還原尾氣，工藝消耗大、收率低、生產(chǎn)成本高，也正為此，一段時間以來，多晶硅行業(yè)一直被冠以“高能耗、高排放、高污染”的“罪名”。
　　為解決行業(yè)難題，中國恩菲及中硅高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了大型還原尾氣干法回收系統(tǒng)技術(shù)，充分利用尾氣中各組分物理化學(xué)性質(zhì)的差異，首創(chuàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“加壓鼓泡淋洗-吸收-脫吸-活性炭吸附”的多晶硅尾氣分離回收利用新工藝；成功研發(fā)并建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的吸收塔、脫吸塔、活性炭吸附器等特殊結(jié)構(gòu)的大型裝置，實(shí)現(xiàn)單條還原尾氣處理能力滿足年產(chǎn)5000噸及以上規(guī)模多晶硅建設(shè)項(xiàng)目配套需求。過去，進(jìn)入尾氣的硅占原料超過80%，如不進(jìn)行回收，資源極大浪費(fèi)。通過尾氣干法回收技術(shù)，進(jìn)入尾氣的硅能夠得到有效收集，并分門別類進(jìn)入生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，將資源回收率從25%提升到99%。
　　尾氣干法回收是多晶硅生產(chǎn)核心技術(shù)，中國恩菲圍繞干法回收的整體工藝、各種成分的處理、相關(guān)裝備不斷開發(fā)、改進(jìn)、優(yōu)化，組建了專利群，為民族多晶硅產(chǎn)業(yè)和自主技術(shù)提供了知識產(chǎn)權(quán)支撐和保障。目前，國內(nèi)首套大型還原尾氣干法回收裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于中硅高科各條生產(chǎn)線，從運(yùn)行結(jié)果看，氯硅烷、氫氣、氯化氫氣體利用率分別達(dá)到98.5%、99%、99%以上，使多晶硅生產(chǎn)過程中純氫消耗從傳統(tǒng)西門子工藝的近35立方米/千克降至約0.5立方米/千克，且系統(tǒng)能夠適應(yīng)多晶硅生產(chǎn)能力的變化，從根本上控制“三廢”排放，減少多晶硅原料消耗30%，降低多晶硅成本，實(shí)現(xiàn)了清潔、無害化生產(chǎn)。
　　據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1噸多晶硅產(chǎn)品將產(chǎn)生副產(chǎn)物四氯化硅20余噸，如作為廢物處理將直接影響環(huán)境、安全及企業(yè)效益。
　　通過小型、半工業(yè)試驗(yàn)，中國恩菲從工藝上實(shí)現(xiàn)了將多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的四氯化硅副產(chǎn)物通過冷氫化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為三氯氫硅原料，返回系統(tǒng)使用，少量不能轉(zhuǎn)化返回的低品質(zhì)四氯化硅經(jīng)提純后用于氣相白炭黑生產(chǎn)，副產(chǎn)物循環(huán)利用率99%以上，多晶硅生產(chǎn)成本降低35%，通過物料的閉式循環(huán)利用，有效解決了多晶硅企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的瓶頸問題。
　　中國恩菲將創(chuàng)新技術(shù)集成后，在中硅高科實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。運(yùn)行結(jié)果表明，首創(chuàng)的低溫加壓氫化生產(chǎn)工藝、創(chuàng)新研制大型低溫加壓氫化裝置和氫氣回收技術(shù)，在反應(yīng)條件、處理能力、一次轉(zhuǎn)化率和單位產(chǎn)品電耗方面都顯著優(yōu)于當(dāng)時國外氫化技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該工藝通過加壓、吸附、凈化系統(tǒng)，將活化、氫化的尾氣中氫氣全部回收，使其返回系統(tǒng)后循環(huán)使用，利用氫化高溫反應(yīng)產(chǎn)物能量加熱進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物料技術(shù)，降低能耗達(dá)30%。
　　振興產(chǎn)業(yè)的恩菲擔(dān)當(dāng)
　　2016年，我國多晶硅產(chǎn)量約19.4萬噸。但是在不了解多晶硅生產(chǎn)的人眼中，我國在生產(chǎn)這19.4萬噸多晶硅的同時，也產(chǎn)生了大量的有害氣體及消耗了大量的電能，同時排放了大量廢水、廢液。于此同時，在多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，美、日、德等是一直對我們實(shí)行多晶硅提純制備技術(shù)封鎖的。
　　面對如此的行業(yè)現(xiàn)狀，恩菲人以國家科研項(xiàng)目為支撐，主動承擔(dān)起了振興中國多晶硅制備技術(shù)的重?fù)?dān)。
　　多年來，中國恩菲研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊緊圍繞“多晶硅高效節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)新技術(shù)、裝備與產(chǎn)業(yè)化”實(shí)施創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，贏得了國家多項(xiàng)科技攻關(guān)的支持。如，國家“十一五”支撐計劃，“24對棒加壓還原爐”項(xiàng)目成功研發(fā)第三代還原爐，單爐產(chǎn)量超過6噸，能耗達(dá)到國際先進(jìn)水平；實(shí)施多項(xiàng)國家“863”計劃，“24對棒節(jié)能型多晶硅還原爐成套裝置研究”項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)單爐產(chǎn)量提高5倍，“多晶硅副產(chǎn)物利用關(guān)鍵技術(shù)研究”中，通過“高性能氣相二氧化硅制備工藝技術(shù)研究”和“氣相二氧化硅表面處理及尾氣循環(huán)利用技術(shù)研究”兩個課題，實(shí)現(xiàn)利用多晶硅生產(chǎn)副產(chǎn)物四氯化硅生產(chǎn)高品質(zhì)氣相二氧化硅的關(guān)鍵技術(shù)突破，在進(jìn)一步延伸產(chǎn)業(yè)鏈的同時，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模多晶硅生產(chǎn)線中物料的完全閉路循環(huán)。此項(xiàng)技術(shù)不但能降低多晶硅生產(chǎn)的物料消耗，也從根本上實(shí)現(xiàn)了副產(chǎn)物的綜合利用，真正實(shí)現(xiàn)多晶硅產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)。
　　隨后，以工信部電子基金項(xiàng)目、國家發(fā)改委項(xiàng)目等為依托，中國恩菲先后完成第四代、第五代還原爐的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，成為國際單爐產(chǎn)量最高、單位能耗最低的節(jié)能工藝與裝備，有效解決了多晶硅生產(chǎn)中的高能耗問題。技術(shù)推廣后，使我國多晶硅規(guī)模提高了千倍，單爐產(chǎn)量提高10倍，能耗降低超過66%，市場需求自給率超過50%。
　　歷經(jīng)十多年攻關(guān)，中國恩菲先后完成國家“863”計劃課題3項(xiàng)、國家科技部攻關(guān)課題8項(xiàng)、國家電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金課題3項(xiàng)、省/市科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目6項(xiàng)、國家發(fā)改委高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程3項(xiàng)、國家發(fā)改委、工信部節(jié)能技改項(xiàng)目1項(xiàng)、中冶集團(tuán)“三五”課題1項(xiàng)，工藝改進(jìn)研發(fā)課題150多項(xiàng)，取得國際先進(jìn)水平成果10項(xiàng)、國內(nèi)領(lǐng)先水平成果2項(xiàng)，解決了一系列困擾行業(yè)多年的難題，在多晶硅高效節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)、裝備與理論研究方面取得重大突破，最終形成了具有國際競爭力的技術(shù)和產(chǎn)品，消除了制約我國信息產(chǎn)業(yè)化和新能源產(chǎn)業(yè)的瓶頸。
　　2008年，國家發(fā)改委批準(zhǔn)在中硅高科設(shè)立“多晶硅材料制備技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室”——這是國家多晶硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域的唯一一家國家級重點(diǎn)工程實(shí)驗(yàn)室，中國恩菲副總工程師、全國勞動模范、有色行業(yè)設(shè)計大師嚴(yán)大洲擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任。該實(shí)驗(yàn)室依托中國恩菲，聯(lián)合國內(nèi)高等院校和多晶硅生產(chǎn)企業(yè)，共同研究突破技術(shù)瓶頸，培養(yǎng)、凝聚研發(fā)人才。
　　目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)，建成面積達(dá)近萬平方米的6個關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)平臺，包括西門子工藝研發(fā)平臺、硅烷和流化床工藝研發(fā)平臺、多晶硅深加工研發(fā)平臺、硅基電子功能材料研發(fā)平臺、硅基新能源材料研發(fā)平臺、高純后處理研發(fā)平臺，配置了篩板塔、填料塔等各種類型提純試驗(yàn)裝置，24、36、48等種類齊全的還原試驗(yàn)爐，反應(yīng)器、活化干燥器等四氯化硅氫化試驗(yàn)裝置，吸收塔、脫吸塔等特殊結(jié)構(gòu)的尾氣回收裝置及其他大型試驗(yàn)設(shè)備共計150余臺/套，可以開展大型、跨領(lǐng)域的行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。實(shí)驗(yàn)室于2011年10月通過CMA計量認(rèn)證；2013年1月通過國家CNAS認(rèn)證，具備多晶硅材料相關(guān)20類產(chǎn)品、140多項(xiàng)參數(shù)的檢測能力，于2013年8月被國家人力資源和社會保障部批準(zhǔn)為博士后科研工作站設(shè)站單位。
　　針對制約我國多晶硅生產(chǎn)現(xiàn)狀和需求，中國恩菲以實(shí)驗(yàn)室為平臺，開發(fā)研究大規(guī)模、低單耗、高品質(zhì)的高純多晶硅清潔生產(chǎn)工藝，形成了具有國際先進(jìn)水平的萬噸級規(guī)模多晶硅生產(chǎn)技術(shù)體系，提升了產(chǎn)業(yè)核心競爭力。以該實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，中國恩菲建設(shè)了國家多晶硅檢測中心，配置先進(jìn)分析方法以及電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、發(fā)射光譜儀等先進(jìn)檢測設(shè)備近百臺/套，可對外提供檢測服務(wù)，涵蓋多晶硅生產(chǎn)的原料、中間物、產(chǎn)品、環(huán)保類等60多個大項(xiàng)檢測，服務(wù)全行業(yè)。
　　在自主創(chuàng)新引領(lǐng)技術(shù)進(jìn)步的過程中，中國恩菲、中硅高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)還主編、參編了多項(xiàng)國內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定了中國多晶硅行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成了包括質(zhì)量、能耗、設(shè)計、安全、環(huán)保在內(nèi)的全面的標(biāo)準(zhǔn)體系，建立了能耗和質(zhì)量控制要素、技術(shù)指標(biāo)和評定方法，提高了我國多晶硅行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平，進(jìn)一步完善了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，為多晶硅產(chǎn)品升級、安全生產(chǎn)和節(jié)能減排提供了技術(shù)支撐，為民族多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)，帶動了太陽能光伏和相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
　　在此過程中，中國恩菲憑借諸多創(chuàng)新成果，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平，獲得國家科技進(jìn)步獎、優(yōu)秀發(fā)明專利獎、省部級科技獎勵30多項(xiàng)。