從談“氫”色變到處“氫”自若還要走多久？

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發(fā)布時間：2022-10-19
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9月底，韓國交通部門出具一份報告顯示，2019至2021年，該國氫燃料電池及相關設施故障率大幅增加。2021年，氫燃料汽車缺陷報告86起，比2019年增長了約20多倍。

隨著氫燃料汽車數(shù)量的增加，韓國擴大加氫站規(guī)模，但故障頻發(fā)。公開數(shù)據(jù)顯示，2019至2022年8月，韓國18個加氫站共發(fā)生374起故障。

眾所周知，安全是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的紅線。浙江能源監(jiān)管辦原專員謝國興指出，氫在生產(chǎn)、制備、儲存、運輸、加注等過程中均具有潛在的泄漏和爆炸的危險，因此氫安全也將是決定氫能被廣泛使用的前提和條件。

對此，嘉定氫能港相關負責人接受21世紀經(jīng)濟報道記者采訪時表示，氫氣有潛在的危險性，但這是純科學性問題，凡涉及到科學，都能用技術手段解決。例如飛機也存在危險，但通過技術手段上多重保險，就可以上天飛翔，使用氫氣也是一樣的道理。

氫安全監(jiān)管職責不清晰

氫是自然界已知最輕元素，其特性是無色無味、易泄漏擴散，與空氣或其他氧化劑結(jié)合時易著火，并釋放強能量。

公開資料顯示，氫氣在空氣中的點火能為0.019mJ，比甲烷（0.2mJ）或汽油（0.24mJ）要小得多。在層流情況下，氫氣泄漏率比天然氣高26%，在湍流情況下，是天然氣的2.8倍。

“只要存在微弱點火源，甚至是由人體靜電釋放引起的微弱火花都會點燃氫氣。

而且，氫在常態(tài)下著火不易被肉眼所見，其燃燒速度比天然氣快得多，在發(fā)現(xiàn)和消防上存在更大的困難。如果大規(guī)模地將氫應用于生產(chǎn)和生活，其潛在的安全風險絕不能低估。”謝國興認為。

但氫氣泄漏及爆炸事件時有發(fā)生。今年4月24日，齊魯石化分公司勝利煉油廠連續(xù)重整車間壓縮機區(qū)域氫氣泄漏著火，連續(xù)重整裝置、加氫裂化裝置緊急停工。

2021年1月29日，AGC在韓國的顯示器工廠因管道中氫氣爆炸。2019年5月23日，位于韓國江原道江陵市的一個氫燃料儲存罐發(fā)生爆炸事故。這些事故不禁引起了大眾對氫能安全性的擔憂。

當前，中國各省市紛紛出臺支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。謝國興表示，但氫能管理并未完全納入國家能源管理機構的職責中，沒有設置相關部門履行政府管理職責，氫能的法律法規(guī)等文件、特別是安全監(jiān)管職責不夠清晰。

我國高等院校等研究機構在氫安全領域開展了大量研究。謝國興指出，現(xiàn)有的規(guī)程或標準僅限于技術層面與局部的管理范圍，缺少足夠的系統(tǒng)性，不足以滿足整個氫能經(jīng)濟的發(fā)展。

“譬如輸氫管道及相關設施保護、氫安全應急與救援，氫氣輸送與天然氣輸送的關系，民生用氫的安全規(guī)范，政府氫能安全管理與監(jiān)管職責的劃分等，在政府安全管理或監(jiān)管方面尚未作出相應的氫能安全發(fā)展與利用的法規(guī)建設，不利于促進氫能經(jīng)濟的發(fā)展。”

用技術打造安全屏障

嘉定氫能港相關負責人告訴記者，除了加強頂層設計和完善相關法規(guī)建設，應對氫安全最有效的辦法是發(fā)力技術，確保儲氫設備嚴密性，攻關材料學基礎研究，創(chuàng)新氫儲運方式、完善氫泄露快速探測與防控機制等。

公開資料顯示，氫對鋼制管道和設備具有劣化性，易發(fā)生氫腐蝕和氫脆，即金屬吸收內(nèi)部氫或外部氫后，局部氫濃度達到飽和時，將引起塑性下降，誘發(fā)裂紋或延遲斷裂。與輸油和天然氣相比，氫氣對儲運設備有更特殊的材料要求。

2015年，豐田上市Mirai氫燃料乘用車，其70MPa高壓儲氫瓶采用的是三層結(jié)構復合材料內(nèi)膽，內(nèi)層是密封氫氣的塑料內(nèi)襯，中層是確保耐壓強度的碳纖維強化樹脂層，表層是保護表面的玻璃纖維強化樹脂層。

當前，我國大多使用碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽的III型儲氫瓶，但氫氣易腐蝕金屬。“IV型瓶是采用塑料或樹脂內(nèi)膽，這些材料更防腐蝕，還可以提高氣密性。但發(fā)展有技術瓶頸，比如內(nèi)膽材料的研發(fā)與生產(chǎn)、密封性能提升等還需要時間。”上燃動力技術人員告訴記者。

據(jù)了解，我國氫氣運輸以20MPa的長管拖車為主，20MPa相當于200倍大氣壓，若一個螺絲從中蹦出來會產(chǎn)生槍發(fā)射子彈一樣的威力。而III型瓶儲氫壓強多為35MPa，IV型瓶儲氫壓強多為70MPa.

“在儲氫設備生產(chǎn)的過程中會做大量的槍擊實驗、火燒實驗及壓力測試等，為了防止危險性的發(fā)生，我們會對設備進行水壓爆破實驗，壓力幾乎在100MPa以上，從技術端確保設備生產(chǎn)出來后不會產(chǎn)生氫氣泄露等問題。”上燃動力技術人員表示。

常溫常壓的固態(tài)儲氫設備亦有上市趨勢。氫楓能源生產(chǎn)的鎂基固態(tài)儲氫車壓力約為1MPa,“一輛承載著氫氣的鎂集固態(tài)儲氫車在路上行駛，正如一輛裝滿金屬的車輛在移動，因此，不用擔心高壓引起的安全問題。”氫楓能源工作人員告訴記者。

除此之外，清華大學教授、國際氫能協(xié)會副主席毛宗強認為，要避免安全事故發(fā)生，操作人員與管理人員必須進行安全倫理培訓。為了保證氫的安全生產(chǎn)、儲運和使用，針對不同的氫能環(huán)節(jié)，根據(jù)氫氣的特性和設備與環(huán)境的特點制定出嚴格而詳細的安全規(guī)章制度非常必要。

“實際上，規(guī)章制度、設備操作需要工作人員去執(zhí)行，制度再好，若操作人員不認真也不能保證氫安全。因此，操作人員與管理人員進行安全知識和崗位責任心培訓就必不可少。”

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