要說2021年新能源賽道中什么概念最火熱？答案莫過于氫能。氫能是雙碳目標(biāo)下的重要能源之一，現(xiàn)如今氫能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入發(fā)展快車道。

盡管氫能概念如此火熱，但有一個話題卻無法回避——氫能的安全性。

在很多人的認(rèn)知中，氫氣危險系數(shù)較高，畢竟氫氣球爆炸、儲氫罐爆炸等事故讓許多人談氫色變。正因如此，氫燃料電池汽車也被貼上了是一枚裝在輪子上的“爆炸”標(biāo)簽。

但事實真是如此嗎？眾多業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，恐懼源自未知。
 

一、科學(xué)認(rèn)識氫氣危險性

判定一種能源的安全性首先要了解這種能源的特性。清華大學(xué)教授毛宗強認(rèn)為，每種能源載體都有其物理、化學(xué)、技術(shù)性等*的安全問題。

氫氣無色無味，具有易燃性、易爆性、擴散性、易發(fā)生氫脆等特點，氫氣泄漏后與空氣混合，遇到明火、靜電會發(fā)生燃燒或爆炸。所以業(yè)界談氫色變。但氫氣并非不可捉摸，其安全風(fēng)險是可控的。氫氣爆炸極限是體積密度達到4.0%～75%，即氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%～75%之間時，遇火源就會爆炸，而當(dāng)氫氣濃度小于4.0%或大于75%時，即使遇到火源，也不會爆炸。

如果從爆炸極限、可擴散性及燃燒來看，與汽油、丙烷、甲烷進行比較，氫氣的安全性遠遠高于這幾種燃料。氫氣擴散很快，擴散速度是天然氣的六倍，極不易形成可爆炸的器物。

在氫能的歷史發(fā)展過程中，不可避免的會出現(xiàn)大大小小的安全事件。曾有相關(guān)研究機構(gòu)對氫能的相關(guān)事故原因進行了統(tǒng)計分析，在眾多事故原因當(dāng)中，排在前三位的是設(shè)備本身質(zhì)量問題、氫能系統(tǒng)設(shè)計缺陷和人為原因，比例分別為40%、10%和9%，加起來占到了事故原因總比例的59%，而且主要原因還是與氫系統(tǒng)有直接關(guān)系的設(shè)備問題。

二、氫能全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的安全特點和難點

氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為上游制氫、中游儲氫和下游應(yīng)用三大環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈長且分布廣泛。經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)積累與政策扶持，氫燃料電池汽車已成為氫能產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展方向之一。雖然自研發(fā)運營以來，國內(nèi)并未發(fā)生過嚴(yán)重的氫安全事故，但整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈仍有危險點需要時刻注意。

1、制氫：目前系統(tǒng)、設(shè)備等安全方面比較成熟

制氫已有數(shù)年基礎(chǔ)。基于我國數(shù)十年的工業(yè)氣體生產(chǎn)經(jīng)驗，已形成較為成熟的商業(yè)化技術(shù)（水電解、變壓吸附提純等）和相對完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，以氫源安全制取為核心，明確了系統(tǒng)技術(shù)條件、安全要求等重點內(nèi)容。

制氫提取工藝流程較多。設(shè)備設(shè)施復(fù)雜，需要經(jīng)過由氣態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)的多種狀態(tài)轉(zhuǎn)化，一旦管道或容器的安全監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)不到位易發(fā)生泄漏事故，加之工廠的環(huán)境溫度較高，容易發(fā)生事故。

氫氣對制氫機的腐蝕。水電解制氫設(shè)備的氣液出口存在嚴(yán)重的沖蝕磨損現(xiàn)象，且隨著設(shè)備產(chǎn)氣量的增大，磨蝕現(xiàn)象變得更嚴(yán)重。在制氫過程中，氫氣的分子小，一旦隔膜出現(xiàn)問題，氫分子將向氧室滲透，就會引起氫氣純度下降和制氫設(shè)備的危險。

2、儲氫：保證儲氫安全是重中之重

大家都知道，要想保證氫能如煤炭、石油等能源一般，方便消費者們的日常使用，如何保證儲氫安全是重中之重。

據(jù)了解，目前氫能賽道中，高壓氣態(tài)儲氫是比較常用且技術(shù)發(fā)展比較成熟的儲氫方式。而高壓氣態(tài)儲氫想要安全有效使用，離不開一個小小的零部件——瓶口組合閥。

儲氫容器也容易因操作失誤、材料問題而發(fā)生安全事故。“高壓儲氫容器屬于壓力容器，事故往往是由于在使用過程中沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范而造成的，如氫氣罐混入其他氣體，在一定條件下會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)爆炸。同時，某些儲氫材料長期在氫環(huán)境下工作，會出現(xiàn)性能劣化的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全。因此與氫氣相關(guān)的部件，管路、閥門、泵、儲氫容器必須防止氫氣泄漏，安裝氫氣傳感器并實時監(jiān)測也尤為重要。

3、輸氫：氫能實現(xiàn)安全應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一

目前，對于氫安全的研究領(lǐng)域主要集中在儲氫系統(tǒng)和輸氫系統(tǒng)，儲氫和氫能運輸?shù)陌踩?，是氫能產(chǎn)業(yè)是否能夠*市場化，最終實現(xiàn)安全應(yīng)用的兩個最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

輸氫系統(tǒng)主要包括氫氣長管拖車、氫氣管道、專用運輸船舶、液氫或氫漿槽罐車和低溫絕熱管道。因為氫氣沒有大規(guī)模的應(yīng)用，目前管道運輸發(fā)展緩慢，國標(biāo)、規(guī)范也沒有跟上。液氫運輸也缺少一定的規(guī)范，所以目前大多數(shù)都用的是長管拖車這種運輸方式。長管拖車運輸方式比較古老，直到現(xiàn)在液化天然氣都采用這種方式，非常安全。

4、加氫站：安全要求高，管理難度大

近年來多個國家和地區(qū)已將氫能和燃料電池發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略層面。加氫站是支撐氫燃料電池汽車發(fā)展必要的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)數(shù)量和普及程度，在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。

加氫站比加油站安全要求高，因為氫氣無色無味，這就給加氫站安全管理加大了難度。一般的加氫站主要設(shè)備包括：大容量高壓氫氣管束車，無油隔膜式氫壓機，加氫站高壓儲氣瓶組，高壓氫氣加注機，高壓氫氣專用閥件等，其中高壓儲氣瓶因儲氫時間長，容量大，壓力高等原因，容易發(fā)生氫氣泄漏。

此外，由于氫氣具有擴散系數(shù)大，爆炸極限寬，點火溫度低等特點，因此一旦發(fā)生泄漏，極易引起爆炸與火災(zāi)，會對加氫站周圍的生命和財產(chǎn)安全造成極大的損失。

加氫站目前在國內(nèi)處在發(fā)展階段，加氫站的管理辦法和審批辦法等各地尚未統(tǒng)一，加氫站及氫能行業(yè)相關(guān)的國家規(guī)范仍不全面，近幾年氫能相關(guān)國家規(guī)范也在不斷更新和補充。隨著氫能行業(yè)的發(fā)展，加氫站的建設(shè)速度將遠遠超過目前，而加氫站的建設(shè)和運營，尤其是運營安全是后續(xù)加氫站管理的重中之重。

5、燃料汽車：保障車載供氫系統(tǒng)安全性

對于氫能主要應(yīng)用領(lǐng)域之一——燃料汽車，車載供氫系統(tǒng)是燃料電池汽車的重要組成部分。該系統(tǒng)主要由高壓儲氫瓶、加注口、安全閥、溢流閥、減壓閥、壓力和溫度傳感器等組成。

一般來說，氫氣爆炸要滿足燃燒的三要素，即達到氫氣爆炸極限，還要施加靜電、明火或混合空氣溫度達到一定值。而車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶在使用過程中處于*封閉狀態(tài)，發(fā)生安全事故的可能性極小。

“保障車載供氫系統(tǒng)安全性主要從預(yù)防與監(jiān)控兩方面著手。技術(shù)設(shè)計方面，不僅具備過溫保護、低壓報警、過壓保護、過流保護等功能，還考慮到了碰撞安全、氫氣泄漏的控制等因素；零部件制造方面，儲氫瓶和系統(tǒng)管路必須選擇合適的材料以及保護結(jié)構(gòu)。”

三、氫能源在安全性上的優(yōu)點

凡事有利就有弊，氫能源在安全性上的優(yōu)點也很重要：

氫氣具有很高的擴散系數(shù)和浮力，泄露時濃度會迅速降低。

如果發(fā)生爆炸，氫氣的爆炸能量是常見燃?xì)庵凶钍堑?/span>的，就單位體積爆炸能而言，氫氣爆炸能僅為汽油氣的1/22。

氫能安全利用的三個原則：不泄露、早發(fā)現(xiàn)、不積累

一是不泄漏，即防止氫氣尤其是壓縮氫氣系統(tǒng)的氫氣泄漏。要確保儲氫瓶、閥門、安全閥、管件、接頭及連接件、儀表、墊圈的可靠性，選用的金屬材料與氫要有良好的相容性。

二是早發(fā)現(xiàn)，即氫氣泄漏后能及早發(fā)現(xiàn)。要在容易發(fā)生氫氣泄漏的部位設(shè)置高靈敏度的氫氣濃度自動檢測儀表及報警裝置，一旦發(fā)生泄漏能及時報警處理。

三是不積累，即防止氫氣泄漏后的積聚。受限空間如加氫站儲氫瓶的儲存間和氫氣壓縮機間要具備良好的通風(fēng)性能，易發(fā)生氫氣泄漏的部位要設(shè)置與氫氣檢測報警聯(lián)動的防爆強制通風(fēng)設(shè)備，氫氣泄漏時要能夠迅速啟動強制通風(fēng)設(shè)備，使氫氣盡快向空中擴散。

正所謂安全無小事，隨著氫能源技術(shù)的發(fā)展，這也鞭策氫能產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的企業(yè)，以及國內(nèi)相關(guān)部門，在加快發(fā)展的同時必須提升對安全問題的重視，將潛在風(fēng)險消滅在萌芽狀態(tài)。

中國汽車工程學(xué)會秘書長張進華曾表示，人們已經(jīng)習(xí)慣于汽油作為燃料，對氫氣這種燃料缺乏了解，如果有必要的保護措施，安全使用是*可以做到的。所以，氫能的安全使用不僅要從技術(shù)上保障，還要提高大眾對于氫能安全性的認(rèn)識。