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安全性會是制約氫燃料汽車發(fā)展的攔路石嗎

2019-04-25 13:40  來源:科技日報  瀏覽:  

隨著氫燃料車的發(fā)展,氫能和氫燃料電池也得到了前所未有的關(guān)注。今年兩會,氫能首次被寫入《政府工作報告》,并提出“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。

新技術(shù)似乎也為氫能源的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ),近日,中美科學家聯(lián)手研發(fā)出一種新技術(shù),使在海水中獲取氫變得不再“吃力”,還能防止海水對電解設(shè)備腐蝕等。氫是怎么獲得的?我國化工副產(chǎn)品中真的富含氫嗎?以氫氣儲存的氫能,怎樣才能確保安全?

制氫成本與區(qū)域資源稟賦密切相關(guān)

氫氣的來源比較廣泛,主要有化石能源制氫、含氫物質(zhì)制氫、化工副產(chǎn)物氫氣回收、太陽能和風能制氫。化石能源制氫包含煤氣化制氫、天然氣重整制氫和甲醇裂解制氫,含氫物質(zhì)制氫包含水電解制氫、氨分解制氫和硼氫化鈉水解制氫,化工副產(chǎn)物氫氣回收包含燒堿、焦炭和輕油裂解等。

“氫氣的生產(chǎn)方式多種多樣,哪種技術(shù)路線更經(jīng)濟,需要根據(jù)區(qū)域資源稟賦具體分析。”清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院常務(wù)副院長高文勝說,水電解制氫是將經(jīng)過提純的水注入通有直流電的電解槽中,水分子在電極上發(fā)生電化學反應,分解成氫氣和氧氣,氣體通過調(diào)節(jié)閥控制輸出,送入儲罐中。“水電解制氫大部分成本在電能,如果有較便宜的低谷電,將大幅降低制氫成本。當前,河北張家口等地建有百萬千瓦級風電示范基地,由于棄風限電壓力,在沽源縣建設(shè)了我國首個風電制氫綜合利用示范項目。但對于山西大同這樣煤炭儲量豐富、煤化工發(fā)達的區(qū)域來說,通過煤氣化制氫,可獲得成本更低的氫氣。”

高文勝說,水電解制氫能夠得到高純度的氫氣,將降低后續(xù)的使用成本。而用天然氣、甲醇等碳氫化合物的蒸汽重整和水煤氣變換反應,由此產(chǎn)生的氫通常含有0.5%—2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”,即使只有1ppm(百萬分之一)的一氧化碳,燃料電池的鉑電極也會“中毒休克”,導致電池性能下降和壽命縮短等,因此,“采用這種技術(shù)路線,后續(xù)的氫氣提純成本也不低”。

氫氣使用風險比天然氣更低

2018年底,張家口發(fā)生了一起爆炸事故,導致23人死亡,一度傳言爆炸與當?shù)匾患抑茪淦髽I(yè)有關(guān)。盡管事后被證實是謠言,但也引發(fā)了公眾對于氫能安全性的高度關(guān)注。

“任何被使用的能源都是純度較高、能量密集的,使用時都存在一定的風險。比如燃油車和電動車會發(fā)生自燃,家用天然氣也出現(xiàn)過泄露、爆炸等事故。”高文勝說,從某種意義上來說,把氫氣作為車用能源比天然氣更為安全。

在常溫常壓下,氫氣是一種極易燃燒的氣體,也是世界上已知的密度最小氣體,其密度只有空氣的1/14。而天然氣的能量密度高,主要成分是烷烴,其中甲烷占絕大多數(shù)。

高文勝說,氫氣比天然氣密度低,在開放空間極易擴散,而且目前氫氣泄漏檢測技術(shù)已經(jīng)非常成熟。

建立準入門檻,制定相關(guān)政策標準

其實,水電解制氫技術(shù)已有一個多世紀的歷史,我國也是名副其實的氫產(chǎn)品生產(chǎn)大國,產(chǎn)品數(shù)量及規(guī)格種類在國際上均位居前列。氫氣作為一種清潔燃料,也早已在航天項目中用于推進火箭等。

高文勝說,工業(yè)制氫已有很長的時間了,氫氣的用途也非常廣泛。工業(yè)生產(chǎn)、儲藏和利用氫氣有了一套完整、行之有效的規(guī)章制度。

比如《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》在2008年12月發(fā)布,該標準規(guī)定了氣態(tài)氫在使用、置換、儲存、壓縮與充(灌)裝、排放過程以及消防與緊急情況處理、安全防護方面的安全技術(shù)要求。

“以前,氫能的利用離普通大眾比較遠,公眾對這種‘新能源’比較陌生,對之安全的擔憂是完全可以理解的。我們也不能把工業(yè)生產(chǎn)、利用氫氣的標準直接照搬到加氫站的建設(shè)中來,而應該在對其工藝過程充分研究的基礎(chǔ)上,建立準入門檻,推動相關(guān)政策標準的制定與實施。”高文勝說。

其實,汽車不加汽油而加氫這一場景已在武漢、北京、江蘇等地成為現(xiàn)實。如武漢開發(fā)區(qū)(漢南區(qū))汽車零部件產(chǎn)業(yè)園,計劃建成國內(nèi)儲量及日加氫量最大的加氫站。目前,全世界已有加氫站近400座,主要集中在日韓、歐洲和北美地區(qū)。

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