氫氣轉化：規避氫能事故，開辟美好應用新途徑

氫氣易燃易爆，眾所周知。防止氫氣燃爆，上下關注。

近日，國家能源局綜合司發布“關于征求《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》，其中第2項“防止火災事故”的第6條是“防止氫氣系統爆炸事故”，提出發電機氫氣冷卻系統、氫站或氫氣系統在運行、維修、氫氣純度、排放等方面的8項要求。這是電力生產中用鮮血凝練出的寶貴經驗，價值極大，應該推廣執行，也值得其他涉氫部門學習借鑒。

能源用氫比工業用氫更危險

氫氣可以用作工業原料，我國年產氫氣超過2500萬噸，80%用于合成氨。這些工業部門已經建立起完善的安全操作規程，再加上氫氣從生產、傳送到使用都在企業內部的密封管道和容器中，除非泄漏、破裂會造成事故外，正常生產中的事故很少，安全是有保障的。

現今，氫氣作為能量的載體進入能源領域，一方面是由于可再生能源電解水制得的氫氣可以長時間存放，這一點勝過儲能電池；另一方面，燃料電池技術的進步使得氫氣有了用武之地。于是，發展氫能和氫燃料電池電動汽車呼聲很高。

但是，氫能的使用狀況與工業原料用氫有很大區別。以相同用氫量預計，能源氫氣的事故概率將遠高于工業氫氣，主要有如下理由。

首先，我國氫能生產地與使用地距離遙遠，不僅高壓管線建設耗資巨大，而且管材的氫脆容易引起安全問題。例如，用管狀高壓容器運輸，短途可行，長途的能耗過高，經濟上不可行。而工業用氫是就地生產、就地使用。其次，能源氫氣從生產到終端使用要經過產地儲存、壓縮、輸運、用地儲存，再行壓縮分裝等許多環節，要在不同容器間發生多次轉移，引發安全問題的變數增加。而工業用氫多在一個密閉的管線系統中完成。最后，加氫站高度分散，點多面廣；燃料電池電動汽車更是星羅棋布，發生事故的幾率要比工業集中用氫大得多。

能源氫氣現在用量尚少，國內外已經多次出現事故。北京大學李星國教授新出版的《氫與氫能》以43頁的篇幅詳細講述了“氫氣的安全性”，介紹事故，分析原因，列舉措施，內容豐富，值得研讀。

氫氣轉化有利于提高安全性

能源氫氣的儲存、運輸、分發等環節的難題多，安全性又差。將氫氣轉換為液態能源主要有體積縮小、體積能量密度提高的優勢，但是還需綜合對比安全問題、生產成本，以及全過程的能量轉換效率。

液氫的密度比常溫氫氣約高780倍，顯然有利于儲運。但是，液氫需在20K的低溫下保存，壓縮—液化耗能很高，容器要用極好的低溫絕熱材料，每天還會蒸發產生約1%氣態氫。因此，其除具有氫氣所有的安全隱患外，還有超低溫引起的一系列問題，如金屬延展性降低、連接部失去密封性、空氣或氧氣雜質積累凍結的爆炸物，對人體的凍傷等。因此，除航天等不計工本的特種用途外，液氫并不適于作為普遍使用的氫能。日本目前正在嘗試從海外運回液氫，其后效當拭目以待。

由氫氣轉化為能源液氨，可以工業規模生產，工藝成熟，設備齊全，可實現較高密度儲存、運輸。但是，液氨的儲存、運輸也需加壓，而且使用時分解放氫還要吸熱，又有毒，弊大利小。

數據顯示，乙醇的體積能量密度高。乙醇可從二氧化碳經光合作用轉化生成的生物質轉化而來，是可再生的能源。遺憾的是，至今還難以簡易地從氫氣轉化而成。

相比之下，在高溫和催化劑作用下，可以一步將氫氣轉化二氧化碳制甲醇，能量轉換效率現已大于50%。其體積能量密度不低，特別是易于儲存運輸，安全性遠高于氫氣。不僅如此，此舉還消除了本要排放到大氣中的二氧化碳，為碳中和做貢獻。這種甲醇可稱之為“綠氫甲醇”。

迄今為止，冰島已實現年產4000噸規模的甲醇生產。中國科學院上海高等研究院與兩家企業合作開發成功了二氧化碳加氫制甲醇技術及中試放大研究，于2020年7月建成5000噸/年工業試驗裝置。中國石油化工有限公司也申請了ZL。

由此可見，此“綠氫甲醇”之路已通。

綠氫甲醇開辟電動汽車新路徑

甲醇作為能源，可通過多種燃料電池（直接甲醇、固體氧化物、熔融碳酸鹽）發電，也可重整為氫氣用于質子交換膜燃料電池。但是，燃料電池發電的全壽期能量轉換效率未必高過內燃機。現在，國內用煤制甲醇（可稱為“灰氫甲醇”）的內燃機汽車技術已經成熟，制作成本和使用方便性遠勝過燃料電池。綠氫甲醇當然也可這樣使用，這就成就了零排放的“綠氫甲醇汽車”。

為了大幅度節約綠氫甲醇，應該發展“綠氫甲醇增程式電動車”，由太陽能提供全部能量：其裝量較少的電池由風力或光伏發電提供充電電能；用內燃機作增程器，不燒油而用綠氫甲醇；車上蓄電與發電并聯，節省燃料50%；不必常充電而可行長里程。這種復合動力系統堪稱珠聯璧合，是氫能汽車的升級，也是未來純電動車的發展方向。

氫氣轉化為甲醇，開辟了氫能應用和增程電動車的美好新途徑，亟待政府布局。上海市具備條件率先發展“綠氫甲醇增程式電動車”，可將其列入《上海市氫能發展中長期規劃（2022-2035年）》與氫燃料電池電動車并行不悖，為全國開路。

如此，則用了氫能而回避了遍用氫氣的風險，且實現了汽車的碳中和。