隨著氫燃料車(chē)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(huì)，氫能首次被寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》，并提出“推動(dòng)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(xué)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(duì)電解設(shè)備腐蝕等。氫是怎么獲得的?我國(guó)化工副產(chǎn)品中真的富含氫嗎?以氫氣儲(chǔ)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(lái)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(yáng)能和風(fēng)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(jì)，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(zhǎng)高文勝在接受科技日?qǐng)?bào)記者專(zhuān)訪時(shí)說(shuō)，水電解制氫是將經(jīng)過(guò)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(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣，氣體通過(guò)調(diào)節(jié)閥控制輸出，送入儲(chǔ)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(dāng)前，河北張家口等地建有百萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電示范基地，由于棄風(fēng)限電壓力，在沽源縣建設(shè)了我國(guó)首個(gè)風(fēng)電制氫綜合利用示范項(xiàng)目。但對(duì)于山西大同這樣煤炭?jī)?chǔ)量豐富、煤化工發(fā)達(dá)的區(qū)域來(lái)說(shuō)，通過(guò)煤氣化制氫，可獲得成本更低的氫氣。”
高文勝說(shuō)，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?xì)浠衔锏恼羝卣退簹庾儞Q反應(yīng)，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(chē)的“心臟”，即使只有1ppm(百萬(wàn)分之一)的一氧化碳，燃料電池的鉑電極也會(huì)“中毒休克”，導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)比天然氣更低
2018年底，張家口發(fā)生了一起爆炸事故，導(dǎo)致23人死亡，一度傳言爆炸與當(dāng)?shù)匾患抑茪淦髽I(yè)有關(guān)。盡管事后被證實(shí)是謠言，但也引發(fā)了公眾對(duì)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(shí)都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。比如燃油車(chē)和電動(dòng)車(chē)會(huì)發(fā)生自燃，家用天然氣也出現(xiàn)過(guò)泄露、爆炸等事故。”高文勝說(shuō)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，把氫氣作為車(chē)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(shuō)，氫氣比天然氣密度低，在開(kāi)放空間極易擴(kuò)散，而且目前氫氣泄漏檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。
建立準(zhǔn)入門(mén)檻，制定相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)
其實(shí)，水電解制氫技術(shù)已有一個(gè)多世紀(jì)的歷史，我國(guó)也是名副其實(shí)的氫產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)品數(shù)量及規(guī)格種類(lèi)在國(guó)際上均位居前列。氫氣作為一種清潔燃料，也早已在航天項(xiàng)目中用于推進(jìn)火箭等。
高文勝說(shuō)，工業(yè)制氫已有很長(zhǎng)的時(shí)間了，氫氣的用途也非常廣泛。工業(yè)生產(chǎn)、儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氣態(tài)氫在使用、置換、儲(chǔ)存、壓縮與充(灌)裝、排放過(guò)程以及消防與緊急情況處理、安全防護(hù)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(yuǎn)，公眾對(duì)這種‘新能源’比較陌生，對(duì)之安全的擔(dān)憂(yōu)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(biāo)準(zhǔn)直接照搬到加氫站的建設(shè)中來(lái)，而應(yīng)該在對(duì)其工藝過(guò)程充分研究的基礎(chǔ)上，建立準(zhǔn)入門(mén)檻，推動(dòng)相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施。”高文勝說(shuō)。
其實(shí)，汽車(chē)不加汽油而加氫這一場(chǎng)景已在武漢、北京、江蘇等地成為現(xiàn)實(shí)。如武漢開(kāi)發(fā)區(qū)(漢南區(qū))汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)園，計(jì)劃建成國(guó)內(nèi)儲(chǔ)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)。(李禾)
