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氫能來了,安全性會成為掣肘嗎?
2019/4/26 5:17:17    新聞來源:科技日報

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

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

制氫成本與區域資源稟賦密切相關

氫氣的來源比較廣泛,主要有化石能源制氫、含氫物質制氫、化工副產物氫氣回收、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,化工副產物氫氣回收包含燒堿、焦炭和輕油裂解等。

“氫氣的生產方式多種多樣,哪種技術路線更經濟,需要根據區域資源稟賦具體分析。”清華四川能源互聯網研究院常務副院長高文勝在接受科技日報記者專訪時說,水電解制氫是將經過提純的水注入通有直流電的電解槽中,水分子在電極上發生電化學反應,分解成氫氣和氧氣,氣體通過調節閥控制輸出,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、煤化工發達的區域來說,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,“采用這種技術路線,后續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,張家口發生了一起爆炸事故,導致23人死亡,一度傳言爆炸與當地一家制氫企業有關。盡管事后被證實是謠言,但也引發了公眾對于氫能安全性的高度關注。

“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生自燃,家用天然氣也出現過泄露、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。

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已經非常成熟。

建立準入門檻,制定相關政策標準

其實,水電解制氫技術已有一個多世紀的歷史,我國也是名副其實的氫產品生產大國,產品數量及規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,工業制氫已有很長的時間了,氫氣的用途也非常廣泛。工業生產、儲藏和利用氫氣有了一套完整、行之有效的規章制度。

比如《氫氣使用安全技術規程》在2008年12月發布,該標準規定了氣態氫在使用、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。我們也不能把工業生產、利用氫氣的標準直接照搬到加氫站的建設中來,而應該在對其工藝過程充分研究的基礎上,建立準入門檻,推動相關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、江蘇等地成為現實。如武漢開發區(漢南區)汽車零部件產業園,計劃建成國內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。(李 禾)

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