從談“氫”色變到處“氫”自若還要走多久？
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2022-10-26
9月底，韓國(guó)交通部門出具一份報(bào)告顯示，2019至2021年，該國(guó)氫燃料電池及相關(guān)設(shè)施故障率大幅增加。2021年，氫燃料汽車缺陷報(bào)告86起，比2019年增長(zhǎng)了約20多倍。
隨著氫燃料汽車數(shù)量的增加，韓國(guó)擴(kuò)大加氫站規(guī)模，但故障頻發(fā)。公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2019至2022年8月，韓國(guó)18個(gè)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(guó)興指出，氫在生產(chǎn)、制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等過(guò)程中均具有潛在的泄漏和爆炸的危險(xiǎn)，因此氫安全也將是決定氫能被廣泛使用的前提和條件。
對(duì)此，嘉定氫能港相關(guān)負(fù)責(zé)人接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪時(shí)表示，氫氣有潛在的危險(xiǎn)性，但這是純科學(xué)性問(wèn)題，凡涉及到科學(xué)，都能用技術(shù)手段解決。例如飛機(jī)也存在危險(xiǎn)，但通過(guò)技術(shù)手段上多重保險(xiǎn)，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(zé)不清晰
氫是自然界已知最輕元素，其特性是無(wú)色無(wú)味、易泄漏擴(kuò)散，與空氣或其他氧化劑結(jié)合時(shí)易著火，并釋放強(qiáng)能量。
公開(kāi)資料顯示，氫氣在空氣中的點(diǎn)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(diǎn)火源，甚至是由人體靜電釋放引起的微弱火花都會(huì)點(diǎn)燃?xì)錃狻?/p>
而且，氫在常態(tài)下著火不易被肉眼所見(jiàn)，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(yīng)用于生產(chǎn)和生活，其潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)絕不能低估。”謝國(guó)興認(rèn)為。
但氫氣泄漏及爆炸事件時(shí)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(jī)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(guó)的顯示器工廠因管道中氫氣爆炸。2019年5月23日，位于韓國(guó)江原道江陵市的一個(gè)氫燃料儲(chǔ)存罐發(fā)生爆炸事故。這些事故不禁引起了大眾對(duì)氫能安全性的擔(dān)憂。
當(dāng)前，中國(guó)各省市紛紛出臺(tái)支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。謝國(guó)興表示，但氫能管理并未完全納入國(guó)家能源管理機(jī)構(gòu)的職責(zé)中，沒(méi)有設(shè)置相關(guān)部門履行政府管理職責(zé)，氫能的法律法規(guī)等文件、特別是安全監(jiān)管職責(zé)不夠清晰。
我國(guó)高等院校等研究機(jī)構(gòu)在氫安全領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究。謝國(guó)興指出，現(xiàn)有的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)僅限于技術(shù)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(gè)氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
“譬如輸氫管道及相關(guān)設(shè)施保護(hù)、氫安全應(yīng)急與救援，氫氣輸送與天然氣輸送的關(guān)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(zé)的劃分等，在政府安全管理或監(jiān)管方面尚未作出相應(yīng)的氫能安全發(fā)展與利用的法規(guī)建設(shè)，不利于促進(jìn)氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。”
用技術(shù)打造安全屏障
嘉定氫能港相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，除了加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和完善相關(guān)法規(guī)建設(shè)，應(yīng)對(duì)氫安全最有效的辦法是發(fā)力技術(shù)，確保儲(chǔ)氫設(shè)備嚴(yán)密性，攻關(guān)材料學(xué)基礎(chǔ)研究，創(chuàng)新氫儲(chǔ)運(yùn)方式、完善氫泄露快速探測(cè)與防控機(jī)制等。
公開(kāi)資料顯示，氫對(duì)鋼制管道和設(shè)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(dá)到飽和時(shí)，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(duì)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)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(chǔ)氫瓶采用的是三層結(jié)構(gòu)復(fù)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(qiáng)度的碳纖維強(qiáng)化樹(shù)脂層，表層是保護(hù)表面的玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)脂層。
當(dāng)前，我國(guó)大多使用碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽的III型儲(chǔ)氫瓶，但氫氣易腐蝕金屬。“IV型瓶是采用塑料或樹(shù)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(shù)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(shí)間。”上燃動(dòng)力技術(shù)人員告訴記者。
據(jù)了解，我國(guó)氫氣運(yùn)輸以20MPa的長(zhǎng)管拖車為主，20MPa相當(dāng)于200倍大氣壓，若一個(gè)螺絲從中蹦出來(lái)會(huì)產(chǎn)生槍發(fā)射子彈一樣的威力。而III型瓶?jī)?chǔ)氫壓強(qiáng)多為35MPa，IV型瓶?jī)?chǔ)氫壓強(qiáng)多為70MPa.
“在儲(chǔ)氫設(shè)備生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)做大量的槍擊實(shí)驗(yàn)、火燒實(shí)驗(yàn)及壓力測(cè)試等，為了防止危險(xiǎn)性的發(fā)生，我們會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行水壓爆破實(shí)驗(yàn)，壓力幾乎在100MPa以上，從技術(shù)端確保設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)后不會(huì)產(chǎn)生氫氣泄露等問(wèn)題。”上燃動(dòng)力技術(shù)人員表示。
常溫常壓的固態(tài)儲(chǔ)氫設(shè)備亦有上市趨勢(shì)。氫楓能源生產(chǎn)的鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫車壓力約為1MPa,“一輛承載著氫氣的鎂集固態(tài)儲(chǔ)氫車在路上行駛，正如一輛裝滿金屬的車輛在移動(dòng)，因此，不用擔(dān)心高壓引起的安全問(wèn)題。”氫楓能源工作人員告訴記者。
除此之外，清華大學(xué)教授、國(guó)際氫能協(xié)會(huì)副主席毛宗強(qiáng)認(rèn)為，要避免安全事故發(fā)生，操作人員與管理人員必須進(jìn)行安全倫理培訓(xùn)。為了保證氫的安全生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和使用，針對(duì)不同的氫能環(huán)節(jié)，根據(jù)氫氣的特性和設(shè)備與環(huán)境的特點(diǎn)制定出嚴(yán)格而詳細(xì)的安全規(guī)章制度非常必要。
“實(shí)際上，規(guī)章制度、設(shè)備操作需要工作人員去執(zhí)行，制度再好，若操作人員不認(rèn)真也不能保證氫安全。因此，操作人員與管理人員進(jìn)行安全知識(shí)和崗位責(zé)任心培訓(xùn)就必不可少。”
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