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低壓合金儲氫從運輸、存在到加註等環節把氫的壓力降低，不僅明顯提升了安全性和經濟性，更繞開了國外氫壓縮機及儲氫罐的技術壁壘。但目前該技術仍缺乏行業標準和公眾認知度。
氫燃料電池汽車雖然“大熱”，但車載儲氫卻一直是“卡脖子”的難題。而現在，這一問題或出現了有效解決途徑。
7月8日，由深圳市佳華利道新技術開發有限公司（以下簡稱“佳華利道”）、有研工程技術研究院、綠航星際太空科技研究院及飛馳汽車聯合研發製造的全球首臺低壓合金儲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。記者現場乘坐這臺低壓合金儲氫公交車後發現，該車空間更寬敞、噪音更低，加氫過程也更加簡單。
佳華利道首席科學家黃寶泉在同期召開的“2019遼寧氫能產業發展高峰會”上介紹：“氫燃料電池汽車技術的研究和應用必須從全產業鏈角度考慮，不僅要包括儲氫技術，還要包括加氫技術和加氫站建設。低壓合金儲氫和低壓加氫技術已經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：“氫能源汽車發展前景廣闊，低壓合金儲氫技術來得正是時候。”
（文丨本報記者 別凡）
車載儲氫難阻礙氫燃料電池汽車產業化
氫燃料電池汽車產業鏈大致包括制氫、運氫、加氫、車載儲氫、燃料電池系統、汽車電力驅動系統等環節。但受氫燃料自身特性限制，車載儲氫當前已成難以攻克的環節。中國科學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，車載儲氫與車下運氫、氫能加註已經成為氫燃料電池商用車的應用瓶頸。
圖為全球首座低壓加氫站
圖為氫氣灌輸拖車
記者瞭解到，目前車載儲氫技術主要有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固態儲氫和有機液體儲氫等。高壓氣態儲氫因技術相對成熟、成本相對較低成為目前氫燃料電池汽車主要儲氫技術，其車載儲氫瓶大多使用III型（30-70MPa）、IV型（70MPa以上）兩種容器，目前我國車載高壓儲氫中主要使用35MPa的III型瓶，70MPa瓶也已研發成功並小範圍應用。但是，目前高壓氣態儲氫仍存在體積儲氫密度偏低，高壓加氫站成本偏高、故障多發等問題。
數據顯示，目前國內35Mpa高壓儲氫瓶的體積儲氫密度為20kg/m³，70Mpa的為29kg/m³。而要給35Mpa的高壓儲氫瓶加氫，需先從20Mpa的氫氣管束拖車中卸氣，再利用氫氣壓縮機升壓至42Mpa，然後才能將其存儲至加氫站內的高壓儲氫瓶組中，進而輸氣至加氫機，最後才能給氫燃料電池汽車加氫。
複雜的過程使得35Mpa技術路線的加氫站僅設備成本就高達1000-1200萬元，70MPa的更是高達3000萬元左右，成為制約加氫站建設的一大難題。而相關研究數據顯示，升壓用的氫氣壓縮機恰是高壓加氫站內裝備成本佔比最高的部分，高達61%，其次是佔比達12%的高壓儲罐；同時，即使是在加氫站數量最多的日本，氫氣壓縮機故障率也高達26%，是該國2016年高壓加氫站故障率最高的裝備。
更為關鍵的是，由於我國車載儲氫研發起步晚、原材料性能差等原因，製造35Mpa和70Mpa高壓氣態儲氫罐的主要原材料——碳纖維尚不能滿足車用氫瓶的要求，與氫氣壓縮機一樣，主要依賴進口。
低壓合金儲氫安全性、經濟性優勢突出
在興城低壓加氫站現場，記者見證了工作人員為低壓儲氫燃料電池車的加氫過程。一位同行笑言：“這麼多人圍著，在必要的安全措施之後就可以加氫，如果是35Mpa或者70Mpa的高壓儲氫，恐怕沒人敢靠近。”
圖為低壓儲氫公交車加氫過程
雖是調侃，但也反映出當前公眾對於高壓儲氫安全性的質疑與擔憂。不久前引發全球關注的3起氫能安全事故中，挪威加氫站爆炸的原因就在於高壓儲罐中的接頭漏氫。
而作為固態儲氫的一種，低壓合金儲氫在安全性方面顯然更有優勢。
“在低壓合金儲氫技術中，氫是以粉末狀的氫化物存在，且工作壓力僅有5Mpa，如果發生意外，只會產生小火苗，而不是高壓氣態儲氫的瞬間爆炸。”有研工程技術研究院研究員蔣利軍介紹。
記者瞭解到，除了顯而易見的安全性外，低壓合金儲氫系統可直接裝載於客車底盤上，結構緊湊，體積僅為高壓氣瓶的三分之一，體積儲氫密度可高達40-50kg/m³。而且，與之配套的低壓加氫站簡化了加氫環節，無需高壓壓縮，加氫壓力僅為10Mpa，甚至可採用氫氣管束拖車作為氣源直接加註，降低了加氫設備技術與投資要求，加氫站設備成本可降至300萬元左右，現有的CNG加氣站或加油站簡單改造即可滿足加氫要求，供氣量也不再受設備能力限制。
那麼，低壓加註、低壓儲氫是否就意味著加氫時間更長？對此，佳華利道總經理歐陽力文介紹，“如果採用20Mpa的恆定加氫壓力，每分鐘可加氫1.5kg，15分鐘左右就可以加滿一輛續航里程超300公里的氫燃料電池汽車。”
當然，低壓儲氫目前還並非完美。記者瞭解到，低壓合金儲氫裝置的材料質量儲氫密度為1.73wt%，且系統偏重，導致百公里耗氫量比高壓儲氫高0.3kg。“但如果加上加氫站的建設成本，低壓合金儲氫和低壓加氫技術的綜合性價比仍高於高壓儲氫。更重要的是，這項技術設備完全不依賴國外進口，是符合我國國情，最安全、經濟的氫燃料電池汽車技術。”黃寶泉坦言。
行業標準待確立，公眾認知需提高
“這臺低壓儲氫公交車的生產過程很曲折，因為尚沒有行業標準，很多廠商因不能拿到補貼而拒絕生產，但我們最終還是克服了重重困難，把它生產了出來。並且它的性能、加氫速度都不次於高壓氣態儲氫。”談及“第一個吃螃蟹”的感受，歐陽力文坦言，觀念是當前最大的障礙，“相比高壓儲氫，低壓儲氫的宣傳和推廣遠遠落後，大眾對於低壓儲氫的認知不足。”
圖為全球首臺低壓儲氫公交車
歐陽力文進一步表示，隨著技術的不斷髮展，低壓合金儲氫的質量儲氫密度有望在未來三年內提升至2.5wt%，並實現小型化、輕量化。
“低壓合金儲氫從運輸、儲存到加註等環節把氫的壓力降低，繞開了國外氫壓縮機及儲氫罐的技術壁壘，是很大的突破。”工信部裝備工業發展中心副研究員尚勇認為，低壓合金儲氫目前仍處於試點應用階段，仍有諸多環節需完善，如儲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，總體重量能否進一步降低，多年使用後的報廢和回收、不同溫度環境下快速啟動等。
這一觀點得到了中國工程院院士院士徐志磊的認同。“目前來看低壓固態儲氫技術接近成熟，是可以開發的，這一點我有信心。”徐志磊同時表示，任何產品都需保證安全性和可靠性，低壓合金儲氫技術仍需進一步完善，以接受市場檢驗。
記者獲悉，目前佳華利道已經聯合有關政府部門、專家以及產業鏈上的企業開始完善企業標準，並參與低壓合金儲氫行業標準的制定。
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出品 | 中國能源報（ID：cnenergy）
責編 |閆志強
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