氫能源作為一種清潔能源,其安全性問題一直是公眾和專業人士關注的焦點。氫氣的易燃易爆特性使得人們對其安全性存在擔憂,但通過科學的管理和嚴格的安全措施,氫能的安全性是可以得到保障的。下面將從多個角度對氫能源的安全性進行深入分析:
1. 物理特性
-易燃性: 氫氣是一種極易燃的氣體,燃點只有574℃,而且燃燒速度較快。
- 爆炸性:氫氣的爆炸極限體積分數在4%到75.6%之間,這意味著在這個范圍內遇到火源可能會發生爆炸。
- 泄露性:由于氫分子直徑小,質量輕,相比其他氣體或液體燃料更容易從縫隙或孔隙中泄露。
- 擴散性:氫氣在空間中的上升速度快,橫向移動擴散也快,泄漏時會迅速擴散,降低濃度。
- 氫脆現象:長期接觸或特定工藝過程中,氫氣可能導致金屬材料機械性能退化,發生脆斷。
2. 安全控制策略
- 被動安全系統:包括排空口和氫瓶及氫管路上的安全閥,無需電氣控制的機械部件,如管道內氫氣壓力過高時,安全閥會打開,排放過壓氫氣。
- 主動安全系統:以氫系統控制器為核心,通過電氣控制,各傳感器監控狀態異常時,能主動控制閥門動作,關閉供氫系統,保證車輛和人員安全。
3. 國際安全標準
- ISO 23273:2013:規定了燃料電池汽車車內外的氫安全防護和對人體防護方面的要求。
- GTR 13法規:適用于標稱工作壓力不超過70 MPa的氫系統,規定了正常使用情況和碰撞等特殊情況下,氫氣的泄露、排放和報警故障的要求。
- SAE J2578標:規定了燃料電池汽車的安全準則和方法,提出了氫燃料電池系統集成在整車上的特殊要求。
4. 儲氫安全措施
- 碳纖維復合材料儲氫罐:強度高,剛度大,即使在高速追尾碰撞中也不易變形。
- 氫傳感器和泄壓閥:能夠檢測周圍氫氣含量,一旦發生泄漏,會關閉儲氫罐閥門,防止氫氣泄漏。
5. 尾氣排放安全
- 含氫尾氣排放問題:氫氣密度低,擴散快,即使是SAE制定的燃料電池尾氣排放標準,也僅要求排出設備尾氣中的氫氣含量低于4%的爆炸極限。
- HOGE技術:一種含氫尾氣消納技術,能將燃料電池含氫尾氣中低含量的氫氣與過量氧氣催化成水,提高安全性。
此外,在深入了解氫能源的安全性后,可以看到,盡管氫氣具有易燃易爆的特性,但通過科學的設計和嚴格的安全措施,其安全性是有保障的。例如,現代的Nexo車在進行槍擊試驗時,即使儲氫罐被打孔,火焰也是往天上噴,并沒有發生爆炸。這些實驗和實踐表明,氫能源在適當的安全措施下是可以安全使用的。
對于氫能源的安全性問題,應當持有理性的態度。不能因為氫氣的某些特性就對其一概而論,而應該基于科學研究和技術進步來評估其安全性。同時,公眾的安全意識和對氫能源的正確理解也需要進一步提高。在未來的發展中,隨著技術的進步和安全標準的完善,氫能源的安全性將得到更好的保障,其在新能源汽車領域的應用也將更加廣泛和安全。
原文始發于微信公眾號(氫能源生產工藝):氫安全我們一起守護