安全高效储氢多题待解

氢能被称为人类21世纪的终极能源，然而氢能必须在低温高压条件下存储和运输。成本高且存在安全隐患成为阻碍氢能大规模应用的主要掣肘。如何攻克氢能储运的关键技术？在近日召开的第三届中国国际氢能与燃料电池产业发展大会上，一些研究机构和企业给出了可能的答案。

安全问题首当其冲

业内专家指出，储氢等中间环节已经成为氢能规模化应用的瓶颈，其中，安全问题最为关键。

“简单来说，氢能产业包括制氢、储氢和应用三个环节。制氢是储氢的基础，储氢是现在行业面临的瓶颈。同时，在整个过程当中，氢的安全、标准和规范应贯穿整个氢能产业的全流程。”中国可再生能源学会副理事长、氢能专委会主任蒋利军在上述会议上表示。

“氢安全是一个永恒的话题。由于材料的氢脆导致氢气泄露甚至爆炸的安全事故曾有发生，如何准确地评价材料，合理选用材料，同时避免材料氢脆的发生，也是我们必须解决的问题。”蒋利军说。

这只是储氢环节安全问题的“冰山一角”。“影响氢安全的因素很多。仅在储运环节，各类阀门、管接头都可能引发安全问题。此外，氢气爆炸安全极限的宽度较宽，不仅静态状态要稳定，动态的强度更需要保证。”北京伯肯节能科技股份有限公司董事长徐焕恩表示。

储氢技术有所突破

《中国氢能发展蓝皮书》明确提出建设氢能产业基础设施，研发储氢材料就是其中一项。“十三五”国家战略新兴产业规划中，氢能与燃料技术被作为战略性能源技术，集中攻关气态氢气管道运输、液态氢气储运和固态氢气储运技术，高密度低成本的材料是氢能存储技术的研发方向。

目前，储氢路径大致可分为三种：高压、冷冻和吸附。“从储氢量经济性和安全性考虑，目前来说高压是广泛使用的一种方式。”石凤文告诉记者，“储氢瓶有几种型号，大部分钢内胆结构会有氢脆问题，在高强度高上应用还是受限制。目前应用最多的铝合金内胆制造，也就是三型瓶，产品的重容比，重量和储存溶剂比值具有明显优势，但是成本高。”

据了解，三型瓶的技术主要有二，一是铝内胆成型技术。由于氢气成型压力高，所以对内胆制造、材料性能和过程控制提出严苛的要求；另外一个是纤维缠绕技术、仿真分析，致力于实现产品的轻量化。

最近，高压型储氢瓶有了新的技术突破。蒋利军介绍：“我们采用了紧密配合的笼式结构，同时应用了一些高压密封结构，采用了多功能一体化组合阀保证安全。这种罐子除了具有静态加氢的功能外，同时还有高密度储氢功能，这个罐子密度是同样的压力、同样水容积的两倍，这样也可以减小加氢站储存氢气的空间。同时，由于减少压缩机的开启频率，提高了使用可靠性。”

“这就是我们的罐子，根据国际相关标准和国内标准进行相关结构和强度设计，采用钢带式缠绕的结构制出了98兆帕的储氢装置，并配置远程安全状态监控系统，现在这个装置已经在日本的丰田加工站得到应用，在保定也已经中标，同时98兆帕装置也得到其他国家的认可。”蒋利军说。

探索高效储运一体化模式

加氢站对于重整制氢技术是一个重要的推动力。加氢站的技术路线是通过外部供氢和站内制氢获得氢气后，经过调压干燥系统处理后转化为压力稳定的干燥气体，随后在氢气压缩机的输送下进入高压储氢罐储存，最后通过氢气加注机为燃料电池汽车进行加注，加氢站成为整合氢能资源协同发展的有效场所。

而高密度安全的储氢环节最终还是要落实到终端应用上。囿于氢能的特殊性，运输也是要考虑的重要环节之一。在保障安全的同时，运输效率也要跟上。“罐车的运输能力大约是在300-400公斤，除非提高压力，否则无法提升运输能力。而使用液态储氢的话可以达到3吨。”北京中科富海低温科技有限公司销售经理宁永强说。

鱼与熊掌不可兼得。“液态储氢的缺点是能耗高、存储时间短，还有挥发气体的问题。我国的液态储氢主要用在航空航天。”石凤文说。氢气在零下253摄氏度以下才会变为液体，接近绝对零度，这对液氢长距离运输和安全工艺提出了更高的技术要求。

目前，长城汽车正在探索一种新的模式。长城汽车氢能源规划总工程师Marc Melaina介绍，“我们选择液氢作为加氢站的原因是面积小，如果加氢站的规模、尺寸降低下来，我们可以在城市的很多关键重要领域建更多的加氢站，也不会因为制氢对整个城市的电网增加太多负担。整个经济成本会降低，当然这种模式储运液氢也是十分安全的。”

宁永强也表示，“目前，我们国家的现状，基本都是高压储运。如果将来一旦氢能汽车普及的话，加氢站可能不够用。只有两种方式，一种是液氢，一种是管道。民用的液氢可以作为一个有效补充，当应用产能不足的时候，我们可以适当市场化。”