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面對氫能這頭“灰犀牛”,我們做好準(zhǔn)備了嗎?

中科院長春光機(jī)所 ? 來源:YXQ ? 2019-07-10 10:17 ? 次閱讀

6月26日,我國首部《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》(以下簡稱《白皮書》)正式發(fā)布。《白皮書》指出,氫能將成為中國能源體系的重要組成部分。

《白皮書》預(yù)計(jì),到2050年,氫能在中國能源體系中的占比約為10%,氫氣需求量接近6000萬噸,年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過10萬億元;全國加氫站達(dá)到1萬座以上,交通運(yùn)輸、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)氫能普及應(yīng)用,燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到每年520萬輛。

不僅是中國,全球現(xiàn)在都在對氫能產(chǎn)業(yè)加速布局。然而,就在氫能當(dāng)紅時(shí),當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月10日,位于挪威首都奧斯陸郊外的一座加氫站發(fā)生爆炸,并引發(fā)連鎖反應(yīng),目前,豐田和現(xiàn)代汽車都已宣布停止在挪威銷售氫燃料電池汽車。

對此,有人將氫能稱為最有可能成為新能源革命的“灰犀牛”。因?yàn)榛蚁km體型笨重、反應(yīng)遲緩,但一旦它向你狂奔而來,卻會(huì)使你猝不及防,直接被撲倒在地。

危險(xiǎn)性是可控的

不管從哪個(gè)角度看,氫能都很“火”。一方面,氫能作為零排放能源,被視作21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗涣硪环矫妫舆B爆炸也讓氫燃料電池汽車的安全性再成焦點(diǎn)。

那么,氫能來了,安全性會(huì)成為掣肘嗎?

“氫氣是可燃性氣體,當(dāng)它與空氣混合在4%~74%,可產(chǎn)生燃燒和爆炸;氫的點(diǎn)火能量極低,僅0.02毫焦。但是,氫在空氣中擴(kuò)散極快,所以在露天環(huán)境下,氫比汽油、天然氣更安全。”中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員衣寶廉在接受采訪時(shí)說,“天然氣與氫有一定相似性,均易燃易爆,密度也均小于空氣,運(yùn)行模式也是高壓氣態(tài)。現(xiàn)在中國有近萬座天然氣加氣站,有近650萬輛天然氣汽車,均處在安全可控條件下運(yùn)行。”

對于大眾最擔(dān)憂的氫燃料電池車的安全性,衣寶廉表示,氫儲(chǔ)存在高壓氣瓶內(nèi),這種帶組合閥(包括安全泄壓閥)的碳纖維纏繞氣瓶已經(jīng)過火燒、槍擊實(shí)驗(yàn),均不產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。在車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)室、乘客室、駕駛員室等也均安裝氫氣報(bào)警器,確保安全。另外,燃料電池堆的每節(jié)電池的氣室內(nèi)的氫都很少,在幾毫升數(shù)量級,一旦電池的隔膜破碎,只要系統(tǒng)能及時(shí)切斷氫源,電池也不會(huì)爆炸、起火。

“韓國現(xiàn)代的NEXO燃料電池車在2018年順利通過歐盟新車安全評鑒協(xié)會(huì)碰撞測試,獲得碰撞安全5顆星,這也充分說明燃料電池車是安全的。”衣寶廉進(jìn)一步舉例稱。

他也同時(shí)強(qiáng)調(diào),與氫打交道一定嚴(yán)防氫氣泄漏,即使在露天環(huán)境下也是如此。在氫氣輸運(yùn)和充裝過程中,要檢查充裝接口和管道接口,確保密封良好,最好還要安裝氫濃度報(bào)警器。除嚴(yán)防氫泄漏外,還要控制氫氣流速,避免靜電和火源。對壓力容器,均要安裝安全閥等超壓的泄壓裝置。

“只要嚴(yán)格按規(guī)程操作,氫的儲(chǔ)運(yùn)與加氫站都是安全的。”衣寶廉表示,“建立規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行,氫的危險(xiǎn)性是可控的,并且小于汽油和天然氣。”

儲(chǔ)運(yùn)是“卡脖子”環(huán)節(jié)

實(shí)際上,氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括了三個(gè)環(huán)節(jié)——上游制氫、中游儲(chǔ)氫和運(yùn)氫、下游用氫,而目前整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈最大的弱點(diǎn)并不是安全性問題,而是中間的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)。作為氫能大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ),儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展將直接影響氫燃料電池汽車的推進(jìn)進(jìn)程。

《白皮書》給出的一組數(shù)據(jù)對比就十分明顯:我國氫能制儲(chǔ)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池及應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)企業(yè)占比分別為48.5%、9.7%、41.8%。

實(shí)際上,對于加氫站建設(shè)來說,早就出現(xiàn)了“外熱內(nèi)冷”的現(xiàn)象。截至2018年底,我國已建成的加氫站僅有23座。加氫站審批流程復(fù)雜、盈利能力有限、回報(bào)周期長都成為其前行的“攔路虎”。

對此,衣寶廉建議,應(yīng)通過加強(qiáng)加氫站關(guān)鍵材料、核心部件及技術(shù)國產(chǎn)化,進(jìn)一步降低加氫站建設(shè)成本。另外,發(fā)展有機(jī)化合物(含烯烴、炔烴鍵的烴類或雜環(huán)化合物)吸氫和脫氫技術(shù),用于氫的儲(chǔ)運(yùn),降低氫的儲(chǔ)運(yùn)成本和提高儲(chǔ)運(yùn)的安全性。通過上述措施,要將每公斤氫的售價(jià)降到40元以下,使得燃料電池車的運(yùn)行成本與燃油車相當(dāng)。

而從儲(chǔ)氫技術(shù)的角度,中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高指出:“從儲(chǔ)氫瓶開始到加氫站,氫運(yùn)輸、儲(chǔ)存等所有的技術(shù)還都停留在100年前的工藝水平,能效偏低、成本偏高。”

在歐陽明高看來,氫的儲(chǔ)運(yùn)是氫燃料電池汽車現(xiàn)在最大的難點(diǎn)。如果儲(chǔ)氫技術(shù)不變革,效率提不上去,成本降不下來,氫能就很難真正成為“灰犀牛”,因?yàn)樗恕R虼耍业揭粋€(gè)經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式,是氫能當(dāng)前發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)仍需大變革

歐陽明高強(qiáng)調(diào),燃料電池比動(dòng)力電池的發(fā)展大概晚十年,氫能又比燃料電池的發(fā)展晚,所以當(dāng)前最重要的是氫能技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策全方位發(fā)展。

實(shí)際上,除了儲(chǔ)氫,制氫技術(shù)現(xiàn)在用的也是多年前的工藝。目前國內(nèi)氫能生產(chǎn)方式主要有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫,其中工業(yè)副產(chǎn)氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此,目前國內(nèi)氫能生產(chǎn)主要還是依靠化石能源,而電解水制氫僅占2%~4%,所占份額十分有限。

在中國科學(xué)院院士、中國石油勘探開發(fā)研究院副院長鄒才能看來,太陽能的電解水制氫可能是未來大規(guī)模綠色制氫的最主要方式。衣寶廉則建議最大限度地利用氯堿等工業(yè)的副產(chǎn)氫,同時(shí)還可以在解決二氧化碳封存或利用的前提下發(fā)展劣質(zhì)煤制氫。

從長遠(yuǎn)角度,《白皮書》預(yù)計(jì),2050年左右氫氣年均需求約6000萬噸,中國能源結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)化石能源為主轉(zhuǎn)向以可再生能源為主的多元格局,可再生能源電解水制氫將成為有效供氫主體,煤制氫配合二氧化碳捕獲和封存技術(shù)(CCS)、生物制氫和太陽能光催化分解水制氫等技術(shù)成為有效補(bǔ)充,整體氫能供給充裕,并可實(shí)現(xiàn)千萬噸級綠色氫氣出口。

而對于氫能燃料電池技術(shù)來說,近年來雖然取得了長足的發(fā)展,但關(guān)鍵材料、核心部件的批量生產(chǎn)技術(shù)尚未形成,催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等仍主要依靠進(jìn)口,這嚴(yán)重制約了我國氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展。

衣寶廉表示,首先要實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料和部件的產(chǎn)業(yè)化,如電催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板和MEA、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、70兆巴氫瓶等,降低燃料電池堆和發(fā)動(dòng)機(jī)的成本。同時(shí),還要提高燃料電池電堆的體積比功率,達(dá)到每立升3~4千瓦,減少電堆用料、達(dá)到每千瓦的鉑用量小于0.2克,大幅度降低燃料電池電堆成本。

“總之,通過燃料電池生產(chǎn)線的建立和技術(shù)進(jìn)步,降低燃料電池車的成本,2025~2030年可以實(shí)現(xiàn)燃料電池車的運(yùn)行成本與鋰離子電池車持平。”衣寶廉說。與此同時(shí),氫能燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系也亟待完善,建立完整的材料、部件、系統(tǒng)的有效檢測體系,為氫能燃料電池的技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。

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原文標(biāo)題:氫能:新能源的“灰犀牛”?

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