氢气转化：规避氢能事故，开辟应用新途径

近来，国家动力局归纳司发布《避免电力出产事端的二十五项要点要求(2022年版)(征求意见稿)》，其间第2项“避免火灾事端”的第6条是“避免氢气体系爆破事端”，提出发电机氢气冷却体系、氢站或氢气体系在运行、修理、氢气纯度、排放等方面的8项要求。这是电力出产中用鲜血换来的名贵经历，价值极大，应该推行履行，也值得其他涉氢部门学习借鉴。

动力用氢比工业用氢更危险

氢气能够用作工业原料，我国年产氢气超越2500万吨，80%用于合成氨。这些工业部门现已建立起完善的安全操作规程，再加上氢气从出产、传送到运用都在企业内部的密封管道和容器中，除非泄漏、决裂会造成事端外，正常出产中的事端很少，安全是有保障的。

现今，氢气作为能量的载体进入动力范畴，一方面是因为可再生动力电解水制得的氢气能够长时间寄存，这一点胜过储能电池;另一方面，燃料电池技能的前进使得氢气有了用武之地。于是，开展氢能和氢燃料电池电动轿车呼声很高。

可是，以相同用氢量估计，动力氢气的事端概率将远高于工业氢气，主要有如下理由。

首先，我国氢能出产地与运用地间隔悠远，不只高压管线建设耗资巨大，并且管材的氢脆简单引起安全问题。例如，用管状高压容器运送，短途可行，远程的能耗过高，经济上不可行。而工业用氢是就地出产、就地运用。其次，动力氢气从出产到终端运用要通过产地储存、紧缩、输运、用地储存、再行紧缩分装等许多环节，要在不同容器间发生多次转移，引发安全问题的或许性增加，而工业用氢多在一个密闭的管线体系中完成。最后，加氢站高度分散，点多面广;燃料电池电动轿车更是星罗棋布，发生事端的概率要比工业集中用氢大得多。

动力氢气现在用量尚少，但国内外现已多次出现事端。北京大学教授李星国新出书的《氢与氢能》一书以43页的篇幅详细讲述了“氢气的安全性”，介绍事端、分析原因、罗列措施，内容丰富，值得研读。

氢气转化有利于提高安全性

动力氢气的储存、运送、分发等环节难题多，安全性差。将氢气转化为液态动力主要有体积缩小、体积能量密度提高级优势，可是还需归纳对比安全性、出产本钱，以及全过程的能量转化功率。

液氢的密度比常温氢气约高780倍，明显有利于储运。可是，液氢需在20K的低温下保存，紧缩—液化耗能很高，容器要用极好的低温绝热材料，每天还会蒸腾发生约1%气态氢。因而，其除具有氢气一切的安全隐患外，还有超低温引起的一系列问题，如金属延展性下降、连接部失掉密封性、对人体的冻伤等。因而，除航天等不计工本的特种用途外，液氢并不适于作为普遍运用的氢能。日本现在正在尝试从海外运回液氢，其后效当拭目而待。

将氢气转化为动力液氨，能够工业化规划出产，工艺成熟，设备齐全，可完成较高密度储存、运送。可是，液氨的储存、运送也需加压，并且运用时分解放氢既要吸热又有毒，弊大利小。

数据显现，乙醇的体积能量密度高。乙醇可从二氧化碳经光合作用转化生成的生物质转化而来，是可再生的动力。遗憾的是，它至今还难以简易地从氢气转化而成。

相比之下，在高温文催化剂作用下，能够一步将氢气转化为二氧化碳制甲醇，能量转化功率现已大于50%。其体积能量密度不低，又易于储存运送，安全性远高于氢气。不只如此，此举还消除了本要排放到大气中的二氧化碳，为碳中和作贡献。这种甲醇可称之为“绿氢甲醇”。

迄今为止，冰岛已完成年产4000吨的甲醇出产。中国科学院上海高级研讨院与两家企业合作，开展了二氧化碳加氢制甲醇技能及中试扩大研讨，于2020年7月建成5000吨/年的工业试验装置。

由此可见，此“绿氢甲醇”之路已通。

“绿氢甲醇”拓荒电动轿车新路径

甲醇作为动力，可通过多种燃料电池发电，也可重整为氢气用于质子交换膜燃料电池。可是，燃料电池发电的全寿期能量转化功率未必高过内燃机。现在，国内用煤制甲醇(可称为“灰氢甲醇”)的内燃机轿车技能现已成熟，制作本钱和运用方便性远胜过燃料电池。“绿氢甲醇”当然也可这样运用，这就成就了零排放的“绿氢甲醇轿车”。

为了大幅度节约“绿氢甲醇”，应该开展“绿氢甲醇增程式电动车”，其装量较少的电池由风力或光伏发电提供充电电能;用内燃机作增程器，不烧油而用“绿氢甲醇”;车上蓄电与发电并联，节省燃料50%;不必常充电即可行长里程。这种复合动力体系堪称珠联璧合，是氢能轿车的升级，也是未来纯电动车的开展方向。

氢气转化为甲醇，拓荒了氢能应用和增程式电动车的美好应用新途径，亟待政府布局。上海市具备条件率先开展“绿氢甲醇增程式电动车”，可将其列入相关开展规划，与氢燃料电池电动车开展并行不悖，为全国开路。

如此，则用了氢能而回避了遍用氢气的危险，且完成了轿车的碳中和。

(作者系中国工程院院士)

中国科学报作者：杨裕生

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