氫氣轉化：規(guī)避氫能事故，開辟應用新途徑

近來，國家動力局歸納司發(fā)布《避免電力出產事端的二十五項要點要求(2022年版)(征求意見稿)》，其間第2項“避免火災事端”的第6條是“避免氫氣體系爆破事端”，提出發(fā)電機氫氣冷卻體系、氫站或氫氣體系在運行、修理、氫氣純度、排放等方面的8項要求。這是電力出產中用鮮血換來的名貴經歷，價值極大，應該推行履行，也值得其他涉氫部門學習借鑒。

動力用氫比工業(yè)用氫更危險

氫氣能夠用作工業(yè)原料，我國年產氫氣超越2500萬噸，80%用于合成氨。這些工業(yè)部門現(xiàn)已建立起完善的安全操作規(guī)程，再加上氫氣從出產、傳送到運用都在企業(yè)內部的密封管道和容器中，除非泄漏、決裂會造成事端外，正常出產中的事端很少，安全是有保障的。

現(xiàn)今，氫氣作為能量的載體進入動力范疇，一方面是因為可再生動力電解水制得的氫氣能夠長時間寄存，這一點勝過儲能電池;另一方面，燃料電池技能的前進使得氫氣有了用武之地。于是，開展氫能和氫燃料電池電動轎車呼聲很高。

可是，以相同用氫量估計，動力氫氣的事端概率將遠高于工業(yè)氫氣，主要有如下理由。

首先，我國氫能出產地與運用地間隔悠遠，不只高壓管線建設耗資巨大，并且管材的氫脆簡單引起安全問題。例如，用管狀高壓容器運送，短途可行，遠程的能耗過高，經濟上不可行。而工業(yè)用氫是就地出產、就地運用。其次，動力氫氣從出產到終端運用要通過產地儲存、緊縮、輸運、用地儲存、再行緊縮分裝等許多環(huán)節(jié)，要在不同容器間發(fā)生多次轉移，引發(fā)安全問題的或許性增加，而工業(yè)用氫多在一個密閉的管線體系中完成。最后，加氫站高度分散，點多面廣;燃料電池電動轎車更是星羅棋布，發(fā)生事端的概率要比工業(yè)集中用氫大得多。

動力氫氣現(xiàn)在用量尚少，但國內外現(xiàn)已多次出現(xiàn)事端。北京大學教授李星國新出書的《氫與氫能》一書以43頁的篇幅詳細講述了“氫氣的安全性”，介紹事端、分析原因、羅列措施，內容豐富，值得研讀。

氫氣轉化有利于提高安全性

動力氫氣的儲存、運送、分發(fā)等環(huán)節(jié)難題多，安全性差。將氫氣轉化為液態(tài)動力主要有體積縮小、體積能量密度提高級優(yōu)勢，可是還需歸納對比安全性、出產本錢，以及全過程的能量轉化功率。

液氫的密度比常溫氫氣約高780倍，明顯有利于儲運?？墒?，液氫需在20K的低溫下保存，緊縮—液化耗能很高，容器要用極好的低溫絕熱材料，每天還會蒸騰發(fā)生約1%氣態(tài)氫。因而，其除具有氫氣一切的安全隱患外，還有超低溫引起的一系列問題，如金屬延展性下降、連接部失掉密封性、對人體的凍傷等。因而，除航天等不計工本的特種用途外，液氫并不適于作為普遍運用的氫能。日本現(xiàn)在正在嘗試從海外運回液氫，其后效當拭目而待。

將氫氣轉化為動力液氨，能夠工業(yè)化規(guī)劃出產，工藝成熟，設備齊全，可完成較高密度儲存、運送。可是，液氨的儲存、運送也需加壓，并且運用時分解放氫既要吸熱又有毒，弊大利小。

數據顯現(xiàn)，乙醇的體積能量密度高。乙醇可從二氧化碳經光合作用轉化生成的生物質轉化而來，是可再生的動力。遺憾的是，它至今還難以簡易地從氫氣轉化而成。

相比之下，在高溫文催化劑作用下，能夠一步將氫氣轉化為二氧化碳制甲醇，能量轉化功率現(xiàn)已大于50%。其體積能量密度不低，又易于儲存運送，安全性遠高于氫氣。不只如此，此舉還消除了本要排放到大氣中的二氧化碳，為碳中和作貢獻。這種甲醇可稱之為“綠氫甲醇”。

迄今為止，冰島已完成年產4000噸的甲醇出產。中國科學院上海高級研討院與兩家企業(yè)合作，開展了二氧化碳加氫制甲醇技能及中試擴大研討，于2020年7月建成5000噸/年的工業(yè)試驗裝置。

由此可見，此“綠氫甲醇”之路已通。

“綠氫甲醇”拓荒電動轎車新路徑

甲醇作為動力，可通過多種燃料電池發(fā)電，也可重整為氫氣用于質子交換膜燃料電池?？墒?，燃料電池發(fā)電的全壽期能量轉化功率未必高過內燃機。現(xiàn)在，國內用煤制甲醇(可稱為“灰氫甲醇”)的內燃機轎車技能現(xiàn)已成熟，制作本錢和運用方便性遠勝過燃料電池。“綠氫甲醇”當然也可這樣運用，這就成就了零排放的“綠氫甲醇轎車”。

為了大幅度節(jié)約“綠氫甲醇”，應該開展“綠氫甲醇增程式電動車”，其裝量較少的電池由風力或光伏發(fā)電提供充電電能;用內燃機作增程器，不燒油而用“綠氫甲醇”;車上蓄電與發(fā)電并聯(lián)，節(jié)省燃料50%;不必常充電即可行長里程。這種復合動力體系堪稱珠聯(lián)璧合，是氫能轎車的升級，也是未來純電動車的開展方向。

氫氣轉化為甲醇，拓荒了氫能應用和增程式電動車的美好應用新途徑，亟待政府布局。上海市具備條件率先開展“綠氫甲醇增程式電動車”，可將其列入相關開展規(guī)劃，與氫燃料電池電動車開展并行不悖，為全國開路。

如此，則用了氫能而回避了遍用氫氣的危險，且完成了轎車的碳中和。

(作者系中國工程院院士)

中國科學報作者：楊裕生

標簽：

氫氣轉化氫能

（免費聲明：

1、本網站中的文章（包括轉貼文章）的版權僅歸原作者一切，若作者有版權聲明的或文章從其它網站轉載而順便有原一切站的版權聲明者，其版權歸屬以順便聲明為準。

2、本網站轉載于網絡的資訊內容及文章，咱們會盡或許注明出處，但不掃除來源不明的情況。如果您覺得侵犯了您的權益，請告訴咱們更正。若未聲明，則視為默許。由此而導致的任何法令爭議和后果，本站不承當任何責任。

3、本網站所轉載的資訊內容，僅代表作者本人的觀點，與本網站態(tài)度無關。

4、如有問題可聯(lián)系導航網編輯部，電話：010-88376188，電子郵件：bianjibu@okcis.cn）