氢能来了,安全性会成为掣肘吗?

2019-04-25 17:34:51 来源: 科技日报

随着氢燃料车的发展,氢能和氢燃料电池也得到了前所未有的关注。今年两会,氢能首次被写入《政府工作报告》,并提出“推动充电、加氢等设施建设”。

新技术似乎也为氢能源的快速发展提供了基础,近日,中美科学家联手研发出一种新技术,使在海水中获取氢变得不再“吃力”,还能防止海水对电解设备腐蚀等。氢是怎么获得的?我国化工副产品中真的富含氢吗?以氢气储存的氢能,怎样才能确保安全?

制氢成本与区域资源禀赋密切相关

氢气的来源比较广泛,主要有化石能源制氢、含氢物质制氢、化工副产物氢气回收、太阳能和风能制氢。化石能源制氢包含煤气化制氢、天然气重整制氢和甲醇裂解制氢,含氢物质制氢包含水电解制氢、氨分解制氢和硼氢化钠水解制氢,化工副产物氢气回收包含烧碱、焦炭和轻油裂解等。

“氢气的生产方式多种多样,哪种技术路线更经济,需要根据区域资源禀赋具体分析。”清华四川能源互联网研究院常务副院长高文胜在接受科技日报记者专访时说,水电解制氢是将经过提纯的水注入通有直流电的电解槽中,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气,气体通过调节阀控制输出,送入储罐中。“水电解制氢大部分成本在电能,如果有较便宜的低谷电,将大幅降低制氢成本。当前,河北张家口等地建有百万千瓦级风电示范基地,由于弃风限电压力,在沽源县建设了我国首个风电制氢综合利用示范项目。但对于山西大同这样煤炭储量丰富、煤化工发达的区域来说,通过煤气化制氢,可获得成本更低的氢气。”

高文胜说,水电解制氢能够得到高纯度的氢气,将降低后续的使用成本。而用天然气、甲醇等碳氢化合物的蒸汽重整和水煤气变换反应,由此产生的氢通常含有0.5%—2%的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”,即使只有1ppm(百万分之一)的一氧化碳,燃料电池的铂电极也会“中毒休克”,导致电池性能下降和寿命缩短等,因此,“采用这种技术路线,后续的氢气提纯成本也不低”。

氢气使用风险比天然气更低

2018年底,张家口发生了一起爆炸事故,导致23人死亡,一度传言爆炸与当地一家制氢企业有关。尽管事后被证实是谣言,但也引发了公众对于氢能安全性的高度关注。

“任何被使用的能源都是纯度较高、能量密集的,使用时都存在一定的风险。比如燃油车和电动车会发生自燃,家用天然气也出现过泄露、爆炸等事故。”高文胜说,从某种意义上来说,把氢气作为车用能源比天然气更为安全。

在常温常压下,氢气是一种极易燃烧的气体,也是世界上已知的密度最小气体,其密度只有空气的1/14。而天然气的能量密度高,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数。

高文胜说,氢气比天然气密度低,在开放空间极易扩散,而且目前氢气泄漏检测技术已经非常成熟。

建立准入门槛,制定相关政策标准

其实,水电解制氢技术已有一个多世纪的历史,我国也是名副其实的氢产品生产大国,产品数量及规格种类在国际上均位居前列。氢气作为一种清洁燃料,也早已在航天项目中用于推进火箭等。

高文胜说,工业制氢已有很长的时间了,氢气的用途也非常广泛。工业生产、储藏和利用氢气有了一套完整、行之有效的规章制度。

比如《氢气使用安全技术规程》在2008年12月发布,该标准规定了气态氢在使用、置换、储存、压缩与充(灌)装、排放过程以及消防与紧急情况处理、安全防护方面的安全技术要求。

“以前,氢能的利用离普通大众比较远,公众对这种‘新能源’比较陌生,对之安全的担忧是完全可以理解的。我们也不能把工业生产、利用氢气的标准直接照搬到加氢站的建设中来,而应该在对其工艺过程充分研究的基础上,建立准入门槛,推动相关政策标准的制定与实施。”高文胜说。

其实,汽车不加汽油而加氢这一场景已在武汉、北京、江苏等地成为现实。如武汉开发区(汉南区)汽车零部件产业园,计划建成国内储量及日加氢量最大的加氢站。目前,全世界已有加氢站近400座,主要集中在日韩、欧洲和北美地区。(李禾)

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