低壓合金有望破解車載儲氫難題

　　低壓合金儲氫從運輸、儲存到加注等環(huán)節(jié)把氫的壓力降低，不僅明顯提升了安全性和經(jīng)濟性，更繞開了國外氫壓縮機及儲氫罐的技術(shù)壁壘。但目前該技術(shù)仍缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和公眾認(rèn)知度，產(chǎn)品也有待市場檢驗。

　　氫燃料電池汽車雖然“大熱”，但車載儲氫卻一直是“卡脖子”的難題。而現(xiàn)在，這一問題或出現(xiàn)了有效解決途徑。

　　7月8日，由深圳市佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司（以下簡稱“佳華利道”）、有研工程技術(shù)研究院、綠航星際太空科技研究院及飛馳汽車聯(lián)合研發(fā)制造的全國首臺低壓合金儲氫燃料電池公交車和全國首座低壓加氫站落戶遼寧省葫蘆島市。記者現(xiàn)場乘坐這臺低壓合金儲氫公交車后發(fā)現(xiàn)，該車空間更寬敞、噪音更低，加氫過程也更加簡單。

　　佳華利道首席科學(xué)家黃寶泉介紹：“氫燃料電池汽車技術(shù)的研究和應(yīng)用必須從全產(chǎn)業(yè)鏈角度考慮，不僅要包括儲氫技術(shù)，還要包括加氫技術(shù)和加氫站建設(shè)。低壓合金儲氫和低壓加氫技術(shù)已經(jīng)在這些方面取得重大突破。”

　　車載儲氫難阻礙氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化

　　氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈大致包括制氫、運氫、加氫、車載儲氫、燃料電池系統(tǒng)、汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。但受氫燃料自身特性限制，車載儲氫當(dāng)前已成難以攻克的環(huán)節(jié)。

　　記者了解到，目前車載儲氫技術(shù)主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫和有機液體儲氫等。高壓氣態(tài)儲氫因技術(shù)相對成熟、成本相對較低成為目前氫燃料電池汽車主要儲氫技術(shù)，其車載儲氫瓶大多使用III型（30-70MPa）、IV型（70MPa以上）兩種容器，目前我國車載高壓儲氫中主要使用35MPa的III型瓶，70MPa瓶也已研發(fā)成功并小范圍應(yīng)用。但是，目前高壓氣態(tài)儲氫仍存在體積儲氫密度偏低，高壓加氫站成本偏高、故障多發(fā)等問題。

　　數(shù)據(jù)顯示，目前國內(nèi)35Mpa高壓儲氫瓶的體積儲氫密度為20kg/m3，70Mpa的為29kg/m3；而要給35Mpa的高壓儲氫瓶加氫，需先從20Mpa的氫氣管束拖車中卸氣，再利用氫氣壓縮機升壓至42Mpa，然后才能將其存儲至加氫站內(nèi)的高壓儲氫瓶組中，進(jìn)而輸氣至加氫機，最后才能給氫燃料電池汽車加氫。復(fù)雜的過程使得35Mpa技術(shù)路線的加氫站僅設(shè)備成本就高達(dá)1000-1200萬元，70MPa的更是高達(dá)3000萬元左右，成為制約加氫站建設(shè)的一大難題。而相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，升壓用的氫氣壓縮機恰是高壓加氫站內(nèi)裝備成本占比最高的部分，高達(dá)61%，其次是占比達(dá)12%的高壓儲罐；同時，即使是在加氫站數(shù)量最多的日本，氫氣壓縮機故障率也高達(dá)26%，是該國2016年高壓加氫站故障率最高的裝備。

　　更為關(guān)鍵的是，由于我國車載儲氫研發(fā)起步晚、原材料性能差等原因，制造35Mpa和70Mpa高壓氣態(tài)儲氫罐的主要原材料——碳纖維尚不能滿足車用氫瓶的要求，與氫氣壓縮機一樣，主要依賴進(jìn)口。

　　低壓合金儲氫安全性、經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯

　　在興城低壓加氫站現(xiàn)場，記者見證了工作人員為低壓儲氫燃料電池車的加氫過程。一位同行笑言：“這么多人圍著，在必要的安全措施之后就可以加氫，如果是35Mpa或者70Mpa的高壓儲氫，恐怕沒人敢靠近。”

　　雖是調(diào)侃，但也反映出當(dāng)前公眾對于高壓儲氫安全性的質(zhì)疑與擔(dān)憂。不久前引發(fā)全球關(guān)注的3起氫能安全事故中，挪威加氫站爆炸的原因就在于高壓儲罐中的接頭漏氫。

　　而作為固態(tài)儲氫的一種，低壓合金儲氫在安全性方面顯然更有優(yōu)勢。

　　“在低壓合金儲氫技術(shù)中，氫是以粉末狀的氫化物存在，且工作壓力僅有5Mpa，如果發(fā)生意外，只會產(chǎn)生小火苗，而不是高壓氣態(tài)儲氫的瞬間爆炸。”有研工程技術(shù)研究院研究員蔣利軍介紹。

　　記者了解到，除了顯而易見的安全性外，低壓合金儲氫系統(tǒng)可直接裝載于客車底盤上，結(jié)構(gòu)緊湊，體積僅為高壓氣瓶的三分之一，體積儲氫密度可高達(dá)40-50kg/m3。而且，與之配套的低壓加氫站簡化了加氫環(huán)節(jié)，無需高壓壓縮，加氫壓力僅為10Mpa，甚至可采用氫氣管束拖車作為氣源直接加注，降低了加氫設(shè)備技術(shù)與投資要求，加氫站設(shè)備成本可降至300萬元左右，現(xiàn)有的CNG加氣站或加油站簡單改造即可滿足加氫要求，供氣量也不再受設(shè)備能力限制。

　　那么，低壓加注、低壓儲氫是否就意味著加氫時間更長？對此，佳華利道總經(jīng)理歐陽力文介紹，“如果采用20Mpa的恒定加氫壓力，每分鐘可加氫1.5kg，15分鐘左右就可以加滿一輛續(xù)航里程超300公里的氫燃料電池汽車。”

　　當(dāng)然，低壓儲氫目前還并非完美。記者了解到，目前低壓合金儲氫裝置的材料質(zhì)量儲氫密度為1.73wt%，且系統(tǒng)偏重，導(dǎo)致百公里耗氫量比高壓儲氫高0.3kg。“但如果加上加氫站的建設(shè)成本，低壓合金儲氫和低壓加氫技術(shù)的綜合性價比仍高于高壓儲氫。更重要的是，這項技術(shù)設(shè)備完全不依賴國外進(jìn)口，是符合我國國情，最安全、經(jīng)濟的氫燃料電池汽車技術(shù)。”黃寶泉坦言。

　　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)待確立，公眾認(rèn)知需提高

　　“這臺低壓儲氫公交車的生產(chǎn)過程很曲折，因為尚沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多廠商因不能拿到補貼而拒絕生產(chǎn)，但我們最終還是克服了重重困難，把它生產(chǎn)了出來。并且它的性能、加氫速度都不次于高壓氣態(tài)儲氫。”談及“第一個吃螃蟹”的感受，歐陽力文坦言，觀念是當(dāng)前最大的障礙，“相比高壓儲氫，低壓儲氫的宣傳和推廣遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，大眾對于低壓儲氫的認(rèn)知不足。”

　　歐陽力文進(jìn)一步表示，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓合金儲氫的質(zhì)量儲氫密度有望在未來三年內(nèi)提升至2.5wt%，并實現(xiàn)小型化、輕量化。

　　“低壓合金儲氫從運輸、儲存到加注等環(huán)節(jié)把氫的壓力降低，繞開了國外氫壓縮機及儲氫罐的技術(shù)壁壘，是很大的突破。”工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心副研究員尚勇認(rèn)為，低壓合金儲氫目前仍處于試點應(yīng)用階段，仍有諸多環(huán)節(jié)需完善，如儲氫材料和放氫速度能否滿足氫燃料電池汽車工況變化的需求，總體重量能否進(jìn)一步降低，多年使用后的報廢和回收、不同溫度環(huán)境下快速啟動等。

　　這一觀點得到了中國工程院院士徐志磊的認(rèn)同。“目前來看低壓固態(tài)儲氫技術(shù)接近成熟，是可以開發(fā)的，這一點我有信心。”但徐志磊同時表示，任何產(chǎn)品都需保證安全性和可靠性，低壓合金儲氫技術(shù)仍需進(jìn)一步完善，以接受市場檢驗。

　　記者獲悉，目前佳華利道已經(jīng)聯(lián)合有關(guān)政府部門、專家以及產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)開始完善企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并參與低壓合金儲氫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。（記者 別凡）

　　轉(zhuǎn)自：中國能源報

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