董事長專訪 | 四方光電熊友輝：引領氣體傳感器核心技術，解決環保產業關鍵問題
導讀：在環保產業年度重要展示平臺的“環博會”上，四方光電現場展示了煙氣排放監測、發動機排放氣體監測、室外揚塵監測、溫室氣體監測等氣體成分及流量測量的解決方案。其中，包括滿足碳排放監測要求的煙氣分析解決方案首次亮相，在業界引起了不小的轟動。站在“十四五”的開局之年，四方光電將如何助力國家“雙碳”目標的達成？新的發展形勢下，又將如何適應新形勢，做好布局與規劃？環保在線記者有幸采訪到四方光電董事長熊友輝博士。
在作為環保產業年度重要展示平臺的“環博會”上，四方光電現場展示了煙氣排放監測、發動機排放氣體監測、室外揚塵監測、油煙監測、溫室氣體監測、工業過程在線氣體監測等氣體成分及流量測量的解決方案。其中，包括滿足碳排放監測要求的煙氣分析解決方案首次亮相，在業界引起了不小的轟動。站在“十四五”的開局之年，環保產業又迎來了新的發展突破口。四方光電將如何助力國家“雙碳”目標的達成？面對新的發展形勢，四方光電又將如何適應新形勢，做好布局與規劃？環保在線記者有幸采訪到四方光電的董事長熊友輝博士。
深耕氣體傳感器創新領域，構筑核心技術“護城河”
熊友輝博士告訴環保在線記者，四方光電長期專注于氣體傳感器的科技創新，從創立的2003到2011年，四方光電主要發展基于核心氣體傳感器的工業過程和環境監測氣體分析儀，并逐步啟動民用氣體傳感器產業配套；2012到2020年，四方光電積極發揮核心技術及質量體系的優勢，發力智能家居、智慧醫療、汽車電子等領域，逐步形成了智能氣體傳感器與高端氣體分析儀器雙輪驅動的發展格局。
2003年，四方光電成功開發基于電調制非分光紅外氣體傳感器，該產品于2004年通過湖北省科技廳組織的科技成果鑒定，達到國際先進技術，此后該產品獲得“國家重點新產品”證書。針對雙光束NDIR氣體傳感器測量二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)存在水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)等的較強干擾，同時測量低端分辨率不高的缺點，公司通過對微流量芯片-微流量紅外探測器-微流紅外氣體傳感器(micro-flowNDIR)的深度開發，已經成為在技術上可以與國際上氣體分析儀器巨頭并肩的廠家之一。微流紅外氣體傳感器項目也于2020年獲得工信部強基工程-傳感器“一條龍”示范項目。通過十余年的持續創新，目前四方光電已形成了包括光學(紅外、紫外、光散射、激光拉曼)、超聲波、MEMS金屬氧化物半導體(MOX)、電化學、陶瓷厚膜工藝高溫固體電解質等原理的氣體傳感技術平臺。通過使用上述一種或多種技術組合，四方光電能夠根據客戶需求提供多種產品。
熊友輝博士表示，當前四方光電的環境監測氣體分析儀器產品主要應用于煙氣、尾氣監測領域。其中煙氣監測領域產品包括紅外(紫外)煙氣傳感器模組、紅外(紫外)煙氣分析儀、煙氣排放連續監測系統(CEMS)及船舶廢氣排放連續監測系統。主要檢測對象是二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧氣(O2)、顆粒物(PM)的濃度，應用于火力發電廠、煉鋼廠、垃圾焚化廠等產生污染氣體的工業企業等固定污染源及大型船舶等移動污染源。在尾氣監測領域，公司采用高性能雙光束NDIR檢測一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氫化合物(HC)；采用微流紅外、非分光紫外(NDUV)、紫外差分(UV-DOAS)技術直接檢測氮氧化物(NOx)，而不需要采用復雜且昂貴的NOX轉換器。
依托NDIR核心技術積累，發力溫室氣體監測市場正當時
“2020年習近平總書記在聯合國發展大會上代表中國提出了2030碳達峰、2060碳中和的宣言，也為環保行業的發展樹立了新目標”，熊友輝博士向記者介紹，在碳中和產業中的溫室氣體在線監測領域，四方光電具有較好的技術和產業基礎，目前在碳中和監測控制領域具有較多應用場景。四方光電在碳中和領域最典型的應用就是對多種溫室氣體的總量(溫室氣體成分分析儀器+氣體流量)計量。
在二氧化碳(CO2)的氣體檢測方面，四方光電有兩種不同用途的CO2傳感器：一種是四方光電采用NDIR熱電堆紅外技術開發的民用/車載用的擴散式CO2傳感器，一種是四方光電全資子公司-湖北銳意自控采用微流紅外、雙光束紅外(熱電堆或者熱釋電)等技術開發的高端CO2傳感器。前者主要用于綠色建筑和智能座艙中的暖通空調(HVAC)控制，確保在舒適安全條件下的節能減排，通過智能化降低建筑和車輛的碳足跡；后者主要用于工業、農業過程中CO2排放總量的高精度測量,用于碳排放的核查和交易。后者的精度要求顯著高于前者，價格比前者也高兩個數量級。
當然，碳中和領域對氣體的監測不僅僅是CO2氣體濃度，而是多種溫室氣體的總量(成分+流量)計量。京都議定書中規定控制的6種溫室氣體，除二氧化碳(CO2)之外，還有甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。四方光電全資子公司湖北銳意自控的微流紅外、雙光束紅外、TDLAS等氣體傳感器技術可以應用在對工業污染源的上述多種溫室氣體排放濃度的監測；同時公司具備的超聲波、差壓等原理的氣體流量傳感器可以用于溫室氣體流速和體積的監測。公司以工業用氣體傳感器技術平臺、分析儀器及工信部沼氣工程物聯網專項為基礎，為大中型沼氣工程、生物質燃氣工程、煤層氣瓦斯氣綜合利用工程等諸多領域提供了包括測量CH4和CO?等氣體質和量的計量裝置，這些裝置是開展清潔發展機制(CDM)碳交易的基礎數據。隨著碳減排逐漸成為一些國家的自愿行為，以及碳核查基于的MRV(可測量、可報告、可檢驗)原則，對溫室氣體排放總量在線監測系統的需求將呈現增長趨勢。
我國已經安裝了大量的CEMS系統用于環保監測，主要是對二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、粉塵顆粒物(PM)的監測。碳中和政策出來后，需要增加CO2、CO等“碳”的測量指標，由于CO含量較低，因此微流紅外傳感器成為測量CO2+CO參數的最佳選擇。同時用于碳交易還需要更加準確的煙氣流量傳感器配合，目前大量的CEMS系統采用皮托管差壓原理測量流速并測算流量，由于是“點式”測量，準確度與氣體分析儀器的精度相差巨大，因此有必要開發新型的高精度煙氣流量傳感器，例如超聲波、紅外相關法、靜電法等原理的新型煙氣流量計。
協同氣體傳感器技術平臺，新產品層出不窮
熊友輝博士表示，碳中和關系到產業鏈的方方面面，從原材料和能源的開采到產品進入市場，每一個環節都需要控制碳排放，這也讓氣體環境監測儀器有了廣闊的市場。比如，煙氣分析儀是大氣環境監測系統的重要組成部分，但煙氣成分較為復雜，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)、氧氣(O2)等，隨著排放標準越來越低，對煙氣分析儀的性能要求也越來越高。這次四方光電全新推出的煙氣分析儀Gasboard-3000UV，集公司多種核心氣體傳感技術于一體：基于UV-DOAS紫外差分吸收光譜氣體分析技術測量二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)，微流NDIR技術測量一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)，雙光束紅外NDIR測量二氧化碳(CO2)等。結合公司超聲波氣體流量測量十余年的技術積累，公司正在積極開發超聲波煙氣流量計，因此可以一站式滿足國內碳排放的監測要求。
在室外空氣品質監測領域，記者看到四方光電也在持續發揮技術優勢，推陳出新。問及此次室外揚塵監測傳感器展區產品時，熊友輝博士向記者介紹了產品開發的初衷以及創新應用對產業鏈的推動作用：我國室外揚塵網格化監測經歷了早期的β射線吸收法到采用民用凈化器大量應用的激光粉塵傳感器的過程。在使用過程中發現，民用的激光粉塵傳感器不僅不能滿足-30~70℃室外環境溫度的全天候使用要求，同時還必須面對監測場所，特別是建設工地經常噴灑降霾的水霧影響，或者下雨潮濕的氣候環境等。這種環境下，水霧經常被判斷為嚴重霧霾造成爆表。民用激光傳感器由于激光功率小，采樣流量小，PM10分辨率很低，無法提供準確的PM10,通常采用根據PM2.5的數字進行比例計算，造成PM10監測數據失真。在這種背景下，四方光電通過采用寬溫型大功率線型激光光源、API粉塵自動識別技術、先進的流道設計實現抗污染、大流量車規級采樣裝置、高濕度環境的水霧去除裝置等，研制出了揚塵傳感器PM3006系列產品，低成本地實現了對室外揚塵粉塵與β射線吸收法達到0.9相關系數的高精度測量。憑借長期的技術積淀、良好的產品性能，目前四方光電室外揚塵監測傳感器PM3006系列已取得多項發明專利及實用新型專利。在國內市場，多款搭載PM3006系列的揚塵監測類產品，獲得了計量器具型式批準證書(CPA)；在海外市場，同樣也取得了當地權威機構的測試認證。在韓國多款搭載PM3006的戶外監測類產品，獲得了韓國環境部授權的三大認證機構(KTR/KECO/KCL)的最高等級1級認證。目前，產品已經銷往全國并出口到海外多個國家和地區，被國內外知名企業認可。
最后，四方光電熊友輝博士告訴記者，四方光電也將不忘初心，依托在氣體傳感器及分析儀器方面的技術積累，開發出更多的優質產品；也將持續關注行業發展趨勢，發揮自身技術優勢，為早日實現“碳達峰”和“碳中和”目標貢獻力量。
關于四方光電
四方光電股份有限公司(以下簡稱“四方光電”)是一家從事智能氣體傳感器和高端氣體分析儀器的科創板上市企業(股票代碼688665)。公司2003年成立于武漢“光谷”，形成了包括光學(紅外、紫外、光散射、激光拉曼)、超聲波、MEMS金屬氧化物半導體(MOX)、電化學、陶瓷厚膜工藝高溫固體電解質等原理的氣體傳感技術平臺，擁有100余項國內外專利，產品廣泛應用于空氣品質、環境監測、工業過程、安全監測、健康醫療、智慧計量等領域。
四方光電建設有省級企業技術中心和湖北省氣體分析儀器儀表工程技術研究中心。同時公司積極融入國家技術創新體系，先后獲得國家重大科學儀器設備開發專項、工信部物聯網發展專項、工信部強基工程傳感器“一條龍”、科技部科技助力經濟2020重點專項、湖北省技術創新重大項目等多個項目的支持，被國內外行業權威機構列為中國氣體傳感器主要廠商和代表性企業，并榮獲中國物聯網產業聯盟“最具影響力物聯網傳感企業獎”。
四方光電作為中國氣體傳感器的龍頭企業，憑借長期的技術沉淀、嚴格的質量體系及國際化視野，已經成為諸多世界500強及國內外細分領域頭部企業的配套供應商。目前公司產品已經出口至八十多個國家和地區，正在朝著傳感器領域的國際品牌邁進。
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