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来源:[科学网]

众所周知，氢气易燃易爆。防止氢气爆炸，注意。

近日，国家能源局综合司发布《防止电力生产事故二十五条重点要求(2022年版)(征求意见稿)》，其中第二项“防止火灾事故”第六条为“防止氢气系统爆炸事故”，从运行、维护、氢气纯度、排放等方面对发电机氢冷系统、氢气站或氢气系统提出八项要求。这是电力生产中用鲜血凝结的宝贵经验，很有价值，应该推广实施。也值得其他氢相关部门借鉴。

能源氢比工业氢更危险。

氢气可以用作工业原料。我国氢气年产量超过2500万吨，其中80%用于合成氨。这些工业部门都建立了完善的安全操作规程，此外，氢气的生产、输送和使用都是在企业内部的密封管道和容器中进行的。除非泄漏破裂会造成事故，正常生产很少发生事故，安全是有保障的。

如今，氢已经作为能量的载体进入了能源领域。一方面，电解水产生的氢气这种可再生能源可以长期储存，比储能电池好。另一方面，燃料电池技术的进步使氢变得更加有用。因此，发展氢能和氢燃料电池电动汽车的呼声很高。

然而，氢能的使用与工业原料截然不同。在氢气消耗量相同的情况下，预计能源氢气的事故概率将远高于工业氢气，原因如下。

首先，我国氢能产生的地方和使用的地方距离很远。不仅高压管道建设成本高，而且管道氢脆容易造成安全问题。例如，在管状高压容器中短距离运输是可行的，但是长距离的能量消耗太高，并且在经济上不可行。工业氢气在当地生产和使用。其次，从生产到最终使用，能源氢要经过许多环节，如原产地储存、压缩、运输、陆地储存、压缩和包装等。并且它必须在不同的容器之间转移多次，导致引起安全问题的变量增加。而工业氢气大多是在封闭的管道系统中完成的。最后，加氢站高度分散，点多面广；燃料电池电动车遍布全球，事故概率远大于工业浓氢。

目前氢气的能耗还很小，国内外已经发生多起事故。北京大学李兴国教授最新出版的《氢与氢能》用43页的篇幅详细讲述了“氢的安全性”，介绍了事故，分析了原因，列举了措施。内容丰富，值得研究。

氢转化有利于提高安全性。

氢气的储存、运输、配送存在诸多问题，安全性差。将氢气转化为液态能源主要具有体积缩小和体积能量密度增加的优势，但需要综合比较整个过程中的安全问题、生产成本和能量转化效率。

液态氢的密度比常温氢高780倍左右，明显有利于储存和运输。而液氢需要在20K的低温下储存，压缩-液化的能耗非常高。容器要用优良的低温保温材料，每天会蒸发产生1%左右的气态氢。因此，除了氢气的所有安全隐患外，它还有超低温带来的一系列问题，如金属延展性降低、连接处失去密封性、空气体或氧气杂质的冻结爆炸物堆积、对人体的冻伤等。所以液氢并不适合作为常用的氢能，除了航天等不算成本的特殊用途。目前日本正在尝试从海外运回液氢，效果如何还有待观察。

氢气转化为能源液氨，可工业化规模生产，技术成熟，设备齐全，可实现高密度储存和运输。但是液氨的储存和运输也需要加压，而且释放氢气会吸热，而且有毒，得不偿失。

数据显示乙醇的体积能量密度较高。乙醇可以由二氧化碳光合作用产生的生物质转化而来，是一种可再生能源。不幸的是，仍然很难从氢中容易地转化。

相比之下，在高温和催化剂的作用下，氢气可以一步转化为二氧化碳转化为甲醇，现在的能量转化效率在50%以上。它的体积能量密度不低，特别是易于储存和运输，安全性远高于氢气。不仅如此，它还消除了排放到大气中的二氧化碳，有助于碳中和。这种甲醇可以称为“绿色氢甲醇”。

至此，冰岛已实现年产4000吨甲醇生产。中科院上海高等研究院与两家公司合作，成功开发二氧化碳加氢制甲醇技术及中试放大研究，2020年7月建成5000吨/年工业试验装置。中国石油化工集团公司也申请了专利。

可见“绿色氢甲醇”之路已经走完。

绿色甲醇为电动汽车开辟新道路

甲醇作为一种能源，可以通过各种燃料电池(直接甲醇、固体氧化物、熔融碳酸盐)来发电，也可以重整为氢气用于质子交换膜燃料电池。然而，燃料电池发电的生命周期能量转换效率并不一定高于内燃机。目前国内用煤生产甲醇(可称为“灰氢甲醇”)的技术已经成熟，其制造成本和便利性远远优于燃料电池。当然，绿色甲醇也可以这样使用，这样就做出了零排放的“绿色甲醇车”。

为了大幅度节约绿氢甲醇，应该开发“绿氢甲醇增程式电动汽车”，全部能源由太阳能提供:容量较小的电池用风力或光伏发电充电；用内燃机作增程器，用绿色氢甲醇代替燃油；车载储电和发电并联，节油50%；不持续充电也能跑很长的里程。这种混合动力系统是绝配，是氢动力汽车的升级，也是未来纯电动汽车的发展方向。

氢气转化为甲醇为氢能的应用和增程式电动汽车开辟了一条美好的新途径，急需政府安排。上海有条件率先发展“绿色氢甲醇增程式电动汽车”，可纳入上海氢能发展中长期规划(2022-2035)，与氢燃料电池电动汽车齐头并进，为全国开路。

这样利用氢能避免了氢气再利用的风险，实现了汽车的碳中和。

(作者是中国工程院院士)

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