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制氢/储氢/运氢/加氢已不是燃料电池产业痛点?

10月15日,历时4天的2018长三角氢能燃料电池汽车科普巡游活动来到上海,以嘉年华形式组织丰富而专业的科普活动,展示了从制氢设备到燃料电池汽车整个产业链的前沿技术及产品。

制氢/储氢/运氢/加氢已不是燃料电池产业痛点?

2018长三角氢能燃料电池汽车科普巡游活动(上海站发车仪式)

期间,来自国内外15家车厂的燃料电池汽车从如皋出发,途径南通,最后抵达上海。从巡游效果来看,燃料电池无论是续航能力、稳定性还是安全性都已达到能处理日常交通的层次。

事实上,燃料电池产业自2017年起就迎来了飞速的发展,汽车界传统巨头宝马、戴姆勒、通用、大众、丰田、本田、现代等公司都纷纷推出旗下燃料电池汽车产品。不少权威机构预测在2050年,新能源汽车将会占据整个汽车行业90%以上产能,传统能源车就会逐步退步,而在新能源车里面,燃料电池车将会占到17%-20%的比例。

制氢/储氢/运氢/加氢已不是燃料电池产业痛点?

尽管燃料电池前景可期,但业内人士普遍认为,燃料电池要实现产业化,还有以下困难:1、氢燃料电池电堆的成本和使用寿命问题;2、氢气大规模生产、运输和加注(加氢站)过程的综合使用成本较高;3、终端加氢站的建设是政府层级的难题。

囿于以上困境,不少专家认为,燃料电池短期内可期的应用场景主要集中在定点运输的货车和公交领域。

对此,空气产品公司中国区副总裁及东区总经理郁峰先生认可燃料电池前景的结论,却不认为燃料电池产业在制氢、储氢、运氢和加氢上存在巨大困难。

盖世汽车了解到,空气产品公司是全球领先的工业气体公司,在氢能领域已有超60年的技术沉淀。作为氢气和燃料电池加氢站的提供商,空气产品公司每年可生产200万吨氢气,同时在全球参与了20多个国家和地区的250个加氢站项目(当前全球加氢站数量约为400座个),公司专有的加氢技术每年被用于超过150万次的安全加氢操作。

制氢/储氢/运氢/加氢已不是燃料电池产业痛点?

空气产品公司中国区副总裁及东区总经理郁峰先生

郁峰先生认为,从经济性和操作性来讲,制氢、储氢、运氢和加氢等配套服务环节已经不存在太大的障碍。

从制氢的角度看,氢元素在宇宙中极其丰富,视线所及均含有氢,关键是如何提取出氢气。当前氢气来源主要有一下来源:

一是石油工业的副产品,主要是含氢的尾气,这是目前最主要的氢气来源,但依然还存在大量的氢气被浪费或是不完全利用,比如直接用氢气烧锅炉,浪费了其中巨大的化学能。

二是利用化石能源制氢,比如利用煤或者天然气裂解制氢,煤和天然气资源十分丰富,而且这种制氢法能耗很低,成本也不贵,产能还相当可观。

三是可再生能源制氢,比如利用太阳光电、风电、水电和生物质(禽畜的粪便、城市污废等),这类制氢的优势时绝对的环保,缺点是当前技术条件下,成本较高。

其中,利用含氢尾气和化石能源制氢,不论是产能还是单位生产成本都能满足燃料电池产业化大规模发展,值得一提的是,空气产品公司认为以化石原料为基础的制氢方式将使氢气在加注口的成本与燃油车相比降低10%~20%。而从产业长远发展来看,以可再生能源为基础的氢气生产技术将最终实现氢燃料电池产业零碳排放的循环经济。

从储氢和运氢的角度来看,目前中国氢气的储运主要是依赖200公斤的传统的鱼雷罐进行储运,这样的储运模式一辆车大概装400公斤的氢气,效率较低,运输成本偏贵。空气产品公司已经开发了超高压的气态氢储能技术和液氢储运技术,可提供520公斤的超高压氢气运车和液氢的双向槽车,1辆液氢槽车等于15辆管束车的运输效率。空气产品公司相信,在国家相关法律法规的支持下,这些就一定可以推行开来。只要有了国家相关法律法规的支持,这些就能推行开来。

从加氢的角度来看,加氢站主要的成本就是压缩机的电耗,但如果是液态氢或者使用超高压的气态氢储能技术,就能将电耗控制在非常低的一个水平,甚至不需要压缩机,这大大降低加氢站的成本。空气产品公司在全球参与的加氢站项目已达250多个。 每年采用公司专有技术的成功加氢达150多万次。

加氢过程也十分便捷,以空气产品公司在美国加州建设的无人加氢站为例,整个加氢过程只需要短短三分钟,和传统燃油车的效率相当,而在短短3分钟的加氢时间,按照安全标准,会有3次中断,进行系统的自检,自检通过以后才能进一步地再加氢。因此,在这套无人加氢程序里中,安全性已经得到了最大的保障。

郁峰先生表示,空气产品公司已经构建出完整、科学的制氢、储氢、运氢和加氢体系技术,经济性和操作性均能满足燃料电池汽车的规模化,关键还要看燃料电池汽车产业的发展,而对燃料电池车的前景,郁峰先生非常有信心。

“谈氢变色”是误会,氢燃料电池安全可控

此外,郁峰先生还指出,一直以来,不少人都对氢气的安全性有一个误区,认为氢气是一种非常危险的气体,甚至“谈氢变色”。事实上并非如此,或者说恰恰相反,氢燃料电池汽车相较于其他能源来说,反而更安全一些。

盖世汽车了解到,燃料电池汽车的安全性评价主要是针对燃料电池电堆和储氢系统两个部分。

其中,电堆只是氢气和氧气发生电化学反应的场所,本身并不储存能量,安全性隐患主要来自氢气的监控。但由于电堆内部氢气的量并不大,而且氢气/空气可以迅速被切断,其安全性其实还是很有保障的。据几家知名车企对其燃料电池车的综合测试结果表明,即使在工作状态下对电堆进行穿刺短路,都不会引起电堆火灾和爆炸发生。

至于储氢系统的安全性则主要由储氢罐决定。目前储氢罐广泛使用的700 bar高压铝瓶,国际上已经有数千次的加压/减压测试记录,在满载条件甚至下还进行过步枪射击实验。而为了避免外力损伤,国际几大汽车公司普遍选择将储氢罐放置在后排座椅下面或者后背这个汽车上相对比较安全的部位。一般气罐旁边、驾驶室和动力舱都安装了氢气传感器在线检测氢气浓度,储氢罐还安装了应急排放阀,以降低破损以后氢气的积累。

事实上,氢气的特点是非常轻泄漏之后迅速上升,只要通风良好,在开阔的马路上一般不会发生爆炸危险,只有在遭受重大交通事故或者应力疲劳导致储氢瓶破损氢气泄漏的情况下,才有可能出现燃烧等恶性事件。

制氢/储氢/运氢/加氢已不是燃料电池产业痛点?

(左:氢燃料电池车;右:汽油车)

值得一提的是,即便出现燃烧现象,燃料电池车也是相对安全的。日本研究试验结果表明,在汽油车和氢燃料电池汽车分别创造燃料泄露和着火条件下,3秒时汽油车下方漏油着火,而氢气则是迅速冲高在汽车上方着火。一分半钟以后燃料电池汽车的明火已经熄灭,而汽油车火势正旺最终烧得只剩车架(如上图所示)

国内外很多研究机构也都做过氢燃料电池的碰撞、泡水、跌落实验,储氢罐的碰撞和灼烧试验以及燃料电池汽车整车的碰撞试验,均未出现重大安全问题。

因此,相较于汽油车及事故频频的锂电池汽车,氢燃料电池车在安全性上还是有一定优势存在的。

作者:李阳

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