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比海底9000米實現(xiàn)水密封還要難
【資料圖】
加氫站如何實現(xiàn)氫氣密封
近日，《山西省氫能產(chǎn)業(yè)鏈2023年行動方案》發(fā)布。結(jié)合氫能應(yīng)用實際需求，今年山西省將推進加氫站建設(shè)，有效滿足下游應(yīng)用加氫需求。
作為清潔能源, 氫能被全球廣泛應(yīng)用于航天航空、軍事、交通等諸多領(lǐng)域。公開數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國氫燃料電池汽車保有量約為1.32萬輛，其中燃料電池貨車為7847輛，燃料電池客車為5402輛，是全球燃料電池商用車保有量最多的國家。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2022年底，全球主要國家在營加氫站數(shù)量達727座，我國累計建成加氫站358座，其中在營245座，加氫站數(shù)量全球第一。
為了揭開氫能應(yīng)用的奧妙，讓我們一起走近加氫站看個究竟。
氫燃料電池汽車的驅(qū)動力來自車上的電動機，就像純電動汽車一樣，因此它可以理解為一輛“利用氫實時發(fā)電的電動車”。氫燃料電池是一種利用氫與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置，零有害氣體排放。氫燃料電池汽車到加氫站加氫就像普通汽車加汽油一樣快，幾分鐘就可以完成。汽車在行駛過程中不斷獲得由氫燃料電池經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能。而純電動汽車需要到充電樁充電，充電時間比較漫長，汽車在行駛過程中電池的蓄電消耗也很快。
加氫站是氫燃料電池汽車運行所必需的基礎(chǔ)設(shè)施，它的主要作用就是把氫氣快速安全地加注到氫燃料電池汽車的車載儲氫系統(tǒng)。
現(xiàn)在，我國加氫站氫的來源大部分以外運氫為主。外運氫是相對于站內(nèi)制氫而言的，是以20兆帕的壓力通過長管拖車把氫氣運輸?shù)郊託湔纠锩妗?/p>
氫氣到達加氫站后，通過一個叫作泄氣柱的裝置把氫氣連接到加氫站里面的壓縮機。壓縮機的作用是將20兆帕的氫氣加壓到45兆帕，還有一部分是更高的90兆帕。增壓后的氫氣會存儲到更高壓的壓力容器中。如果有氫燃料電池汽車來加氫站加氫，高壓儲存罐里面的氫氣，將會通過加氫機快速安全地加注到氫燃料電池汽車的車載儲氫系統(tǒng)。
中學(xué)物理課堂上講過，一個大氣壓可以支持10米的水柱。一個兆帕是10個大氣壓，也就是說，一個兆帕可以支持100米的水柱。在加氫站中，90兆帕則意味著可以支持9000米的水柱，這可比珠穆朗瑪峰還要高。由此，我們可以看到，這個壓力值是非常驚人的。
而在這些加氫站裝備中，對于氫氣來講密封極其重要。在做好技術(shù)開發(fā)的同時，科研人員已在密封方面花費了相當(dāng)大的精力。90兆帕，也就相當(dāng)于身處9000米深的海底時，周圍的水所帶來的壓力。但是對于水來說，它的分子比較大，容易密封，而氫氣分子比水分子小很多，因此非常難以實現(xiàn)有效密封。在這個過程中，我們?nèi)绻麑崿F(xiàn)氫氣密封，比所謂在海底9000米實現(xiàn)水密封還要付出更高的代價。
對于加氫站來講，任何時候安全都是第一位的。加氫站一定要配備一個整體的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具備非常嚴密的連鎖技術(shù)，這樣才能保證一旦有任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)氫氣泄漏，都會即時響應(yīng)處置，避免產(chǎn)生嚴重后果。所有的這些功能性裝備和軟件將共同構(gòu)成一個系統(tǒng)，它們相互間在工作時能夠協(xié)同配合。因此，我們需要在加氫站的系統(tǒng)建設(shè)中展開非?？b密的邏輯設(shè)計。
據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)推算，到2025年，中國氫燃料電池汽車數(shù)量將達5萬輛，加氫站數(shù)量力爭達到1000座，到2030年實現(xiàn)真正的氫燃料電池汽車大規(guī)模應(yīng)用。
根據(jù)國家“十四五”規(guī)劃要求，可再生能源制氫量要達到每年20萬噸，實現(xiàn)二氧化碳減排200萬噸。這些目標將不斷激勵加氫站與加氫技術(shù)進一步發(fā)展。
（作者系北京市科學(xué)技術(shù)研究院智能裝備研究所助理研究員、北科科普宣講團成員）
