氫能被稱為人類21世紀(jì)的終極能源，然而氫能必須在低溫高壓條件下存儲(chǔ)和運(yùn)輸。成本高且存在安全隱患成為阻礙氫能大規(guī)模應(yīng)用的主要掣肘。如何攻克氫能儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)？在近日召開的第三屆中國(guó)國(guó)際氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)上，一些研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)給出了可能的答案。

安全問題首當(dāng)其沖

業(yè)內(nèi)專家指出，儲(chǔ)氫等中間環(huán)節(jié)已經(jīng)成為氫能規(guī)模化應(yīng)用的瓶頸，其中，安全問題最為關(guān)鍵。

“簡(jiǎn)單來說，氫能產(chǎn)業(yè)包括制氫、儲(chǔ)氫和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。制氫是儲(chǔ)氫的基礎(chǔ)，儲(chǔ)氫是現(xiàn)在行業(yè)面臨的瓶頸。同時(shí)，在整個(gè)過程當(dāng)中，氫的安全、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)貫穿整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的全流程。”中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、氫能專委會(huì)主任蔣利軍在上述會(huì)議上表示。

“氫安全是一個(gè)永恒的話題。由于材料的氫脆導(dǎo)致氫氣泄露甚至爆炸的安全事故曾有發(fā)生，如何準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)材料，合理選用材料，同時(shí)避免材料氫脆的發(fā)生，也是我們必須解決的問題。”蔣利軍說。

這只是儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)安全問題的“冰山一角”。“影響氫安全的因素很多。僅在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，各類閥門、管接頭都可能引發(fā)安全問題。此外，氫氣爆炸安全極限的寬度較寬，不僅靜態(tài)狀態(tài)要穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)的強(qiáng)度更需要保證。”北京伯肯節(jié)能科技股份有限公司董事長(zhǎng)徐煥恩表示。

儲(chǔ)氫技術(shù)有所突破

《中國(guó)氫能發(fā)展藍(lán)皮書》明確提出建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，研發(fā)儲(chǔ)氫材料就是其中一項(xiàng)。“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，氫能與燃料技術(shù)被作為戰(zhàn)略性能源技術(shù)，集中攻關(guān)氣態(tài)氫氣管道運(yùn)輸、液態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)和固態(tài)氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，高密度低成本的材料是氫能存儲(chǔ)技術(shù)的研發(fā)方向。

目前，儲(chǔ)氫路徑大致可分為三種：高壓、冷凍和吸附。“從儲(chǔ)氫量經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，目前來說高壓是廣泛使用的一種方式。”石鳳文告訴記者，“儲(chǔ)氫瓶有幾種型號(hào)，大部分鋼內(nèi)膽結(jié)構(gòu)會(huì)有氫脆問題，在高強(qiáng)度高上應(yīng)用還是受限制。目前應(yīng)用最多的鋁合金內(nèi)膽制造，也就是三型瓶，產(chǎn)品的重容比，重量和儲(chǔ)存溶劑比值具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是成本高。”

據(jù)了解，三型瓶的技術(shù)主要有二，一是鋁內(nèi)膽成型技術(shù)。由于氫氣成型壓力高，所以對(duì)內(nèi)膽制造、材料性能和過程控制提出嚴(yán)苛的要求；另外一個(gè)是纖維纏繞技術(shù)、仿真分析，致力于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化。

最近，高壓型儲(chǔ)氫瓶有了新的技術(shù)突破。蔣利軍介紹：“我們采用了緊密配合的籠式結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)用了一些高壓密封結(jié)構(gòu)，采用了多功能一體化組合閥保證安全。這種罐子除了具有靜態(tài)加氫的功能外，同時(shí)還有高密度儲(chǔ)氫功能，這個(gè)罐子密度是同樣的壓力、同樣水容積的兩倍，這樣也可以減小加氫站儲(chǔ)存氫氣的空間。同時(shí)，由于減少壓縮機(jī)的開啟頻率，提高了使用可靠性。”

“這就是我們的罐子，根據(jù)國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，采用鋼帶式纏繞的結(jié)構(gòu)制出了98兆帕的儲(chǔ)氫裝置，并配置遠(yuǎn)程安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在這個(gè)裝置已經(jīng)在日本的豐田加工站得到應(yīng)用，在保定也已經(jīng)中標(biāo)，同時(shí)98兆帕裝置也得到其他國(guó)家的認(rèn)可。”蔣利軍說。

探索高效儲(chǔ)運(yùn)一體化模式

加氫站對(duì)于重整制氫技術(shù)是一個(gè)重要的推動(dòng)力。加氫站的技術(shù)路線是通過外部供氫和站內(nèi)制氫獲得氫氣后，經(jīng)過調(diào)壓干燥系統(tǒng)處理后轉(zhuǎn)化為壓力穩(wěn)定的干燥氣體，隨后在氫氣壓縮機(jī)的輸送下進(jìn)入高壓儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存，最后通過氫氣加注機(jī)為燃料電池汽車進(jìn)行加注，加氫站成為整合氫能資源協(xié)同發(fā)展的有效場(chǎng)所。

而高密度安全的儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)最終還是要落實(shí)到終端應(yīng)用上。囿于氫能的特殊性，運(yùn)輸也是要考慮的重要環(huán)節(jié)之一。在保障安全的同時(shí)，運(yùn)輸效率也要跟上。“罐車的運(yùn)輸能力大約是在300-400公斤，除非提高壓力，否則無法提升運(yùn)輸能力。而使用液態(tài)儲(chǔ)氫的話可以達(dá)到3噸。”北京中科富海低溫科技有限公司銷售經(jīng)理寧永強(qiáng)說。

魚與熊掌不可兼得。“液態(tài)儲(chǔ)氫的缺點(diǎn)是能耗高、存儲(chǔ)時(shí)間短，還有揮發(fā)氣體的問題。我國(guó)的液態(tài)儲(chǔ)氫主要用在航空航天。”石鳳文說。氫氣在零下253攝氏度以下才會(huì)變?yōu)橐后w，接近絕對(duì)零度，這對(duì)液氫長(zhǎng)距離運(yùn)輸和安全工藝提出了更高的技術(shù)要求。

目前，長(zhǎng)城汽車正在探索一種新的模式。長(zhǎng)城汽車氫能源規(guī)劃總工程師Marc Melaina介紹，“我們選擇液氫作為加氫站的原因是面積小，如果加氫站的規(guī)模、尺寸降低下來，我們可以在城市的很多關(guān)鍵重要領(lǐng)域建更多的加氫站，也不會(huì)因?yàn)橹茪鋵?duì)整個(gè)城市的電網(wǎng)增加太多負(fù)擔(dān)。整個(gè)經(jīng)濟(jì)成本會(huì)降低，當(dāng)然這種模式儲(chǔ)運(yùn)液氫也是十分安全的。”

寧永強(qiáng)也表示，“目前，我們國(guó)家的現(xiàn)狀，基本都是高壓儲(chǔ)運(yùn)。如果將來一旦氫能汽車普及的話，加氫站可能不夠用。只有兩種方式，一種是液氫，一種是管道。民用的液氫可以作為一個(gè)有效補(bǔ)充，當(dāng)應(yīng)用產(chǎn)能不足的時(shí)候，我們可以適當(dāng)市場(chǎng)化。”