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低壓合金有望破解車載儲(chǔ)氫難題
日期:2019-07-21   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_zhangxiaoxiao 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:隨著氫能的開(kāi)發(fā)利用,氫燃料電池汽車成為熱門,但車載儲(chǔ)氫卻一直是難題,而現(xiàn)在低壓合金的出現(xiàn)有望解決此問(wèn)題。

低壓合金儲(chǔ)氫從運(yùn)輸、儲(chǔ)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(jì)性,更繞開(kāi)了國(guó)外氫壓縮機(jī)及儲(chǔ)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(chǎng)檢驗(yàn)。
 
氫燃料電池汽車雖然“大熱”,但車載儲(chǔ)氫卻一直是“卡脖子”的難題。而現(xiàn)在,這一問(wèn)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(kāi)發(fā)有限公司(以下簡(jiǎn)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(guó)首臺(tái)低壓合金儲(chǔ)氫燃料電池公交車和全國(guó)首座低壓加氫站落戶遼寧省葫蘆島市。記者現(xiàn)場(chǎng)乘坐這臺(tái)低壓合金儲(chǔ)氫公交車后發(fā)現(xiàn),該車空間更寬敞、噪音更低,加氫過(guò)程也更加簡(jiǎn)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(yùn)氫、加氫、車載儲(chǔ)氫、燃料電池系統(tǒng)、汽車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。但受氫燃料自身特性限制,車載儲(chǔ)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(chǔ)氫技術(shù)主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ)氫等。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫因技術(shù)相對(duì)成熟、成本相對(duì)較低成為目前氫燃料電池汽車主要儲(chǔ)氫技術(shù),其車載儲(chǔ)氫瓶大多使用III型(30-70MPa)、IV型(70MPa以上)兩種容器,目前我國(guó)車載高壓儲(chǔ)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(chǔ)氫仍存在體積儲(chǔ)氫密度偏低,高壓加氫站成本偏高、故障多發(fā)等問(wèn)題。
 
數(shù)據(jù)顯示,目前國(guó)內(nèi)35Mpa高壓儲(chǔ)氫瓶的體積儲(chǔ)氫密度為20kg/m3,70Mpa的為29kg/m3;而要給35Mpa的高壓儲(chǔ)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(jī)升壓至42Mpa,然后才能將其存儲(chǔ)至加氫站內(nèi)的高壓儲(chǔ)氫瓶組中,進(jìn)而輸氣至加氫機(jī),最后才能給氫燃料電池汽車加氫。復(fù)雜的過(guò)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(wàn)元,70MPa的更是高達(dá)3000萬(wàn)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(jī)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(chǔ)罐;同時(shí),即使是在加氫站數(shù)量最多的日本,氫氣壓縮機(jī)故障率也高達(dá)26%,是該國(guó)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(guó)車載儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)一樣,主要依賴進(jìn)口。
 
低壓合金儲(chǔ)氫安全性
 
經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯
 
在興城低壓加氫站現(xiàn)場(chǎng),記者見(jiàn)證了工作人員為低壓儲(chǔ)氫燃料電池車的加氫過(guò)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(chǔ)氫,恐怕沒(méi)人敢靠近。”
 
雖是調(diào)侃,但也反映出當(dāng)前公眾對(duì)于高壓儲(chǔ)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(chǔ)罐中的接頭漏氫。
 
而作為固態(tài)儲(chǔ)氫的一種,低壓合金儲(chǔ)氫在安全性方面顯然更有優(yōu)勢(shì)。
 
“在低壓合金儲(chǔ)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(huì)產(chǎn)生小火苗,而不是高壓氣態(tài)儲(chǔ)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(jiàn)的安全性外,低壓合金儲(chǔ)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(chǔ)氫密度可高達(dá)40-50kg/m3。而且,與之配套的低壓加氫站簡(jiǎn)化了加氫環(huán)節(jié),無(wú)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(wàn)元左右,現(xiàn)有的CNG加氣站或加油站簡(jiǎn)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(chǔ)氫是否就意味著加氫時(shí)間更長(zhǎng)?對(duì)此,佳華利道總經(jīng)理歐陽(yáng)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(chǔ)氫目前還并非完美。記者了解到,目前低壓合金儲(chǔ)氫裝置的材料質(zhì)量?jī)?chǔ)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(chǔ)氫高0.3kg。“但如果加上加氫站的建設(shè)成本,低壓合金儲(chǔ)氫和低壓加氫技術(shù)的綜合性價(jià)比仍高于高壓儲(chǔ)氫。更重要的是,這項(xiàng)技術(shù)設(shè)備完全不依賴國(guó)外進(jìn)口,是符合我國(guó)國(guó)情,最安全、經(jīng)濟(jì)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(tái)低壓儲(chǔ)氫公交車的生產(chǎn)過(guò)程很曲折,因?yàn)樯袥](méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),很多廠商因不能拿到補(bǔ)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(lái)。并且它的性能、加氫速度都不次于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。”談及“第一個(gè)吃螃蟹”的感受,歐陽(yáng)力文坦言,觀念是當(dāng)前最大的障礙,“相比高壓儲(chǔ)氫,低壓儲(chǔ)氫的宣傳和推廣遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后,大眾對(duì)于低壓儲(chǔ)氫的認(rèn)知不足。”
 
歐陽(yáng)力文進(jìn)一步表示,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,低壓合金儲(chǔ)氫的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度有望在未來(lái)三年內(nèi)提升至2.5wt%,并實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。
 
“低壓合金儲(chǔ)氫從運(yùn)輸、儲(chǔ)存到加注等環(huán)節(jié)把氫的壓力降低,繞開(kāi)了國(guó)外氫壓縮機(jī)及儲(chǔ)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(chǔ)氫目前仍處于試點(diǎn)應(yīng)用階段,仍有諸多環(huán)節(jié)需完善,如儲(chǔ)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(bào)廢和回收、不同溫度環(huán)境下快速啟動(dòng)等。
 
這一觀點(diǎn)得到了中國(guó)工程院院士徐志磊的認(rèn)同。“目前來(lái)看低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)接近成熟,是可以開(kāi)發(fā)的,這一點(diǎn)我有信心。”但徐志磊同時(shí)表示,任何產(chǎn)品都需保證安全性和可靠性,低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)仍需進(jìn)一步完善,以接受市場(chǎng)檢驗(yàn)。
 
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(kāi)始完善企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并參與低壓合金儲(chǔ)氫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

原標(biāo)題:低壓合金有望破解車載儲(chǔ)氫難題
 
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來(lái)源:中國(guó)能源報(bào)
 
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