低壓合金儲(chǔ)氫從運(yùn)輸、存在到加注等環(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，更繞開了國外氫壓縮機(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。

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)制造的全球首臺(tái)低壓合金儲(chǔ)氫燃料電池公交車和全球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(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，加氫過程也更加簡單。

佳華利道首席科學(xué)家黃寶泉在同期召開的“2019遼寧氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰會(huì)”上介紹：“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。”

對此，中國工程院院士郭孔輝坦言：“氫能源汽車發(fā)展前景廣闊，低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)來得正是時(shí)候。”


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)。中國科學(xué)院院士歐陽明高在日前召開的2019世界新能源汽車論壇上再次重申，車載儲(chǔ)氫與車下運(yùn)氫、氫能加注已經(jīng)成為氫燃料電池商用車的應(yīng)用瓶頸。

 

▲圖為全球首座低壓加氫站

▲圖為氫氣灌輸拖車

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)相對成熟、成本相對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)等問題。

數(shù)據(jù)顯示，目前國內(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(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(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)勢突出

在興城低壓加氫站現(xiàn)場，記者見證了工作人員為低壓儲(chǔ)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(chǔ)氫，恐怕沒人敢靠近。”

 

▲圖為低壓儲(chǔ)氫公交車加氫過程

雖是調(diào)侃，但也反映出當(dāng)前公眾對于高壓儲(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。

“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(chǔ)氫是否就意味著加氫時(shí)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(chǔ)氫目前還并非完美。記者了解到，低壓合金儲(chǔ)氫裝置的材料質(zhì)量儲(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)備完全不依賴國外進(jìn)口，是符合我國國情，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)過程很曲折，因?yàn)樯袥]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。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，大眾對于低壓儲(chǔ)氫的認(rèn)知不足。”

 

▲圖為全球首臺(tái)低壓儲(chǔ)氫公交車

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(chǔ)氫的質(zhì)量儲(chǔ)氫密度有望在未來三年內(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，繞開了國外氫壓縮機(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)得到了中國工程院院士院士徐志磊的認(rèn)同。“目前來看低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)接近成熟，是可以開發(fā)的，這一點(diǎn)我有信心。”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。