安全可靠——避免认知误区:氢气安全性有保障

2022.3.15

作为清洁、高效、安全、可持续的新能源,氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源类型之一,其燃烧产物只产生能量和水,在能源、交通、工业生产领域,有着巨大的市场潜力。

氢是宇宙中最多的元素,从质量来看,它占宇宙质量的75%,而由于其他元素更重,从原子数来看,它占宇宙的90%。可以说,几乎在宇宙的任何地方,都能够看到氢。众所周知氢气有很多的优点,但在氢气的使用和应用上,特别是在氢能源成为趋势的未来里,它的安全性问题一直备受关注。

氢气爆炸条件不易形成

凡是燃料都具有能量,都隐藏着着火和爆炸的危险。我们很熟悉的天然气、汽油、液化石油气和电都是如此。

氢气与其他常见燃料的特性对比(来源:国金证券研究所)
氢气与其他常见燃料的特性对比(来源:国金证券研究所)

氢气是世界上已知的密度最小的气体,氢气的密度只有空气的1/14,即在1标准大气压和0℃,氢气的密度为0.089g/L。氢气虽然属于易燃易爆气体,但是爆炸条件并不容易形成。氢气爆炸极限是4.0%~75.6%(体积浓度),而当氢气浓度小于4.0%或大于75.6%时,即使遇到火源,也不会爆炸。

因为氢气很轻,几乎不可能达到4.0%的浓度,同时氢气具有很高的扩散系数和浮力,泄露时浓度会迅速降低。所以说如果发生爆炸,氢气的爆炸能量是常见燃气中最低的,就单位体积爆炸能而言,氢气爆炸能仅为汽油气的1/22。

氢气遇到泄漏时可迅速降低浓度

氢气与其他常见燃气泄漏率(单位时间泄露的体积)对比(来源:国金证券研究所)
氢气与其他常见燃气泄漏率(单位时间泄露的体积)对比(来源:国金证券研究所)

氢与汽油、丙烷和天然气相比,具有更大的浮力(快速上升)和更大的扩散性(横向移动)。氢气的密度仅为空气的7%,而天然气的密度是空气的55%。所以即使在没有风或不通风的情况下,它们也会向上升,而且氢气会上升的更快一些。但丙烷和汽油气都比空气重,所以它们会停留在地面,扩散的很慢。

氢的扩散系数是天然气的3.8倍、丙烷的6.1倍、汽油气的12倍。这么高的扩散系数表明,即使在通风不畅的环境下,泄漏的氢气也将会很快上升并向各个方向快速扩散,迅速降低浓度。

氢气清洁无毒

任何燃料的安全性都与其本身的性质密切相关。由于氢的特殊性质,使得氢的安全有不少特点。然而和其他燃料相比,氢气是一种安全性比较高的气体。

氢主要是以化合物的形态贮存于水中,当氢气在空气中燃烧的时候,就会与空气中的氧气发生结合,产生水蒸气和释放能量。而水是我们人类赖以生存的必要物质,其所释放的能量又能使氢作用为燃料,减少了危害气体的释放。

氢本身无毒,与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,氢作为燃料在空气中燃烧时速度快,无毒,也不会污染环境。其产生的少量氮化氢经过合适的处理也不会污染环境,而且燃烧生成的水还可继续制氢,进行反复循环使用。氢作为公认的清洁能源,并不用担心它的消失殆尽,氢可通某一些方式利用其他能源制取,这样就实现了能源不断的未来发展趋势。

氢能助推碳中和目标实现

氢气是推动全球绿色低碳转型和实现我国“碳中和”目标的潜在支撑,可为电力、交通、钢铁、建筑等行业低碳转型提供助力。当前,世界各国正积极出台氢能发展规划,推动氢能产业发展。

随着政策的引导与技术的进步,近年来我国的氢能产业也步入了快速发展期。尽管从一些数据上看,氢气在一定程度上安全性得以保证,但在具体的使用、运输等多环节的处理上,仍然要按照标准法规规范生产、存储及使用氢能;同时在商业化运营也应把握“安全可靠”原则,只有这样氢能的安全才可以得到保障、绿氢也才将会大有可为,助推产业链全面发展。

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