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發(fā)展“氨-氫”能源機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)并存，氣體檢測(cè)是“必選項(xiàng)”
發(fā)布時(shí)間：2023-09-27
我國(guó)氫能行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
總所周知，氫能是一種理想的清潔能源，加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展是助力中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要路徑。
2022年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃 (2021-2035年)》，將氫能正式納入中國(guó)能源戰(zhàn)略體系，據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)2050年氫能需求量可能達(dá)到6000x104t。
然而，若要實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，其面臨的挑戰(zhàn)主要是低成本高效能的燃料電池技術(shù)和安全高效的氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，其中氫氣儲(chǔ)運(yùn)難和安全性差是制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要“瓶頸”。
● 首先，氫氣因體積能量密度低需35~70 MPa的高壓儲(chǔ)運(yùn)，導(dǎo)致氫氣的儲(chǔ)運(yùn)成本高；
● 其次，根據(jù)我國(guó)2019年發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》預(yù)計(jì)，2050年將建成1萬(wàn)座加氫站，按每座加氫站1500萬(wàn)~3000萬(wàn)元的建設(shè)成本估算，需投入高達(dá)1500億~3000億元，基建成本高；
● 第三，2019年在挪威、韓國(guó)等國(guó)家20天內(nèi)連續(xù)發(fā)生的三起因氫氣儲(chǔ)罐泄露引起的爆炸事故，暴露了氫氣易燃易爆、本質(zhì)安全性弱的缺點(diǎn)。
因此，要突破氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，亟需結(jié)合中國(guó)能源及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)展成熟、安全、高效的特色儲(chǔ)運(yùn)氫的路線及其配套產(chǎn)業(yè)鏈，在此背景下，液氨作為一種氫的衍生物，由于其儲(chǔ)氫密度高、易于儲(chǔ)運(yùn)，同時(shí)也是一種零碳燃料，逐漸受到業(yè)界青睞。
目前，日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)均已在積極布局“氨經(jīng)濟(jì)”，利用可再生能源電解水制氫后，通過(guò)“氫-氨-氫”或“氫-氨”流程完成“綠氫”的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
為什么氫氨融合成趨勢(shì)？
氨為突破氫能產(chǎn)業(yè)瓶頸提供了可行的解決途徑
雖然氫能源擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸，而且，氫是元素周期表上最輕的元素，很容易泄露，對(duì)儲(chǔ)存容器要求高，并且氫氣非常活潑，與空氣混合后很容易發(fā)生燃燒和爆炸。
如果遠(yuǎn)距離運(yùn)輸氫，需要將其液化，在常壓狀態(tài)下，需要將其溫度降低到-235攝氏度以下，能耗較高。如果以管道運(yùn)輸，則需要克服純氫以及摻氫的氣體給管道帶來(lái)的安全隱患，攻克氫氣管道的材料難題。
圖片
于是，氨進(jìn)入了視野
▲氨（NH3）是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)的化工原料，廣泛用于化肥、環(huán)保、軍事、制冷等領(lǐng)域
氨是由一個(gè)氮原子和三個(gè)氫原子組成的化合物，是天然的儲(chǔ)氫介質(zhì)，在常壓狀態(tài)下，只需要將溫度降低到-33攝氏度，就能夠?qū)币夯阌诎踩\(yùn)輸，目前全球八成以上的氨被用于生產(chǎn)化肥，這讓氨擁有著完備的貿(mào)易、運(yùn)輸體系。理論上，可以用可再生能源生產(chǎn)氫，再將氫轉(zhuǎn)換為氨，運(yùn)輸?shù)侥康牡亍?br />
氨作為高效儲(chǔ)氫介質(zhì)，具有顯著優(yōu)勢(shì)
高能量密度：氨的體積能量密度達(dá)約13.6 MJ·L-1，1 L液氨 = 4.9 L高壓氫（35.0 MPa）= 1200 L常溫常壓氫，成氨的能耗與氫液化的能耗相當(dāng)；
液化儲(chǔ)運(yùn)成本低：氨只需加壓至1.0 MPa即可以液態(tài)形式儲(chǔ)運(yùn)，一輛液氨槽罐車載氨量可達(dá)30 t（約含5.29 t氫），載氫量較長(zhǎng)管拖車運(yùn)氫（載氫量不到400 kg）提高1個(gè)數(shù)量級(jí)，因此運(yùn)氨成本（約0.001元·kg-1·km-1）也較運(yùn)氫成本（0.02~0.10元·kg-1·km-1）呈數(shù)量級(jí)降低。
無(wú)碳儲(chǔ)能：氨成熟的技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及低成本合成、存儲(chǔ)和運(yùn)輸，可實(shí)現(xiàn)季節(jié)性、遠(yuǎn)距離、“無(wú)碳化”的“氨-氫”儲(chǔ)能，且有研究表明，在目前主要研究的幾類電制液體燃料技術(shù)（液氫、液氨、液化天然氣、甲醇、有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫）中，電制氨的成本最低，效率僅次于電制液氨。
從安全角度，氨的火災(zāi)危險(xiǎn)性僅為乙類，具有較氫氣（4%~76%）更安全的爆炸極限（16%~25%），氨燃燒發(fā)生火災(zāi)和爆炸的可能性極低，且人對(duì)氨的氣味極其敏感，泄露易察覺(jué)，其刺激性氣味是可靠的警報(bào)信號(hào)。
從合成氨的途徑來(lái)看，公開(kāi)資料顯示，國(guó)內(nèi)有近78%的氨來(lái)源于煤炭，存在高耗能、高排放等問(wèn)題，在能源轉(zhuǎn)型呼聲高漲的當(dāng)下，面臨著巨大的綠色轉(zhuǎn)型壓力。
為此，以電解水制氫合成氨為代表的技術(shù)路線將成為合成氨脫碳的重要路徑，我國(guó)合成氨行業(yè)能源供給結(jié)構(gòu)由化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)換有著巨大的潛力。
在雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)愿景下，氨將構(gòu)建起氨能能源體系，“綠電-綠氫-綠氨”成為重要發(fā)展趨勢(shì)。
雖然"氨-氫"能源是支撐可再生能源規(guī)模化利用和綠色能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要載體，但是在脫碳，碳中和等環(huán)節(jié)的利用過(guò)程中，"氨-氫"能源本身所存在的氣體風(fēng)險(xiǎn)也不可小覷！
Part. 01
氫氣的理化性質(zhì)
氫氣是無(wú)色并且密度比空氣小的氣體（在各種氣體中，氫氣的密度最小。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1升氫氣的質(zhì)量是0.0899克，相同體積比空氣輕得多）。因?yàn)闅錃怆y溶于水，所以可以用排水集氣法收集氫氣。另外，在101千帕壓強(qiáng)下，溫度-252.87℃時(shí)，氫氣可轉(zhuǎn)變成無(wú)色的液體。-259.1℃時(shí)，變成雪狀固體。
常溫下，氫氣的性質(zhì)很穩(wěn)定，不容易跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但當(dāng)條件改變時(shí)（如點(diǎn)燃、加熱、使用催化劑等），情況就不同了。
如氫氣被鈀或鉑等金屬吸附后具有較強(qiáng)的活性（特別是被鈀吸附），金屬鈀對(duì)氫氣的吸附作用最強(qiáng)。當(dāng)空氣中的體積分?jǐn)?shù)為4%-75%時(shí)，遇到火源，可引起爆炸。
Part. 02
氨氣的理化性質(zhì)
氨具有中等毒性，但卻有很強(qiáng)的腐蝕性。即使空氣中的濃度非常低，只有百萬(wàn)分之三十（ppm），可能來(lái)自非常小的泄漏，甚至有時(shí)是常規(guī)操作。
● 如果一個(gè)人接觸它超過(guò)15分鐘，就會(huì)導(dǎo)致呼吸困難；
● 在100ppm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)眼睛和喉嚨的刺激；
● 在500-700ppm時(shí)，任何接觸都會(huì)變得危險(xiǎn)，有灼傷喉嚨、皮膚、肺和眼睛的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致失明；
● 在更高的濃度下，死亡的風(fēng)險(xiǎn)大大增加；
傷害的嚴(yán)重程度取決于氨的確切濃度和接觸時(shí)間的長(zhǎng)短，但在最壞的情況下，它可以導(dǎo)致呼吸道被灼傷，使受害者窒息。
"氨-氫"能源在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，都會(huì)存在一定的危險(xiǎn)氣體泄漏風(fēng)險(xiǎn)，，一旦發(fā)生泄漏，就容易引起爆炸、火災(zāi)或是中毒，導(dǎo)致大量生命損失和財(cái)產(chǎn)安全。
因此，為了安全起見(jiàn)，在各個(gè)"氨-氫"能源利用環(huán)節(jié)中，需要安裝多個(gè)氣體泄漏傳感器，實(shí)時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦傳感器檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體的泄漏，需要立即發(fā)出警報(bào)并切斷氫源。
助力新能源開(kāi)發(fā)
理研計(jì)器正在做什么......
理研計(jì)器一直致力于自主研發(fā)高精度的氣體檢測(cè)儀器，持續(xù)關(guān)注大氣環(huán)境的變化態(tài)勢(shì)，用智能化的氣體檢測(cè)儀器，準(zhǔn)確檢測(cè)出環(huán)境中的危險(xiǎn)氣體，不斷探索新儀器的研發(fā)，為多領(lǐng)域氣體檢測(cè)提供有效數(shù)據(jù)支持。
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GX-6000作為一種復(fù)合型的便攜式氣體檢測(cè)儀，能夠檢測(cè)可燃?xì)怏w、氧氣、硫化氫、一氧化碳及近千種揮發(fā)性有機(jī)溶劑氣體（VOC）。
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● GD-70D系列 適用于各種環(huán)境中的危險(xiǎn)氣體濃度和泄漏檢測(cè)
① 實(shí)時(shí)在線檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng) 聲光報(bào)警；
② 對(duì)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)安全起到了預(yù)警作用；
③ 具有信號(hào)穩(wěn)定，精度高，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)；
④ 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和遠(yuǎn)程監(jiān)控，報(bào)警功能；
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● SD-1系列、SD-D58等防爆型氣體檢測(cè)儀，可以在一個(gè)地方監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的多個(gè)氣體檢測(cè)儀的濃度。
結(jié)語(yǔ)
達(dá)成“碳中和”將是建設(shè)美麗中國(guó)的一大成就，也是我國(guó)生態(tài)文明的一大印證。未來(lái)，理研計(jì)器將根據(jù)實(shí)現(xiàn)“碳中和”的階段性要求，在促進(jìn)工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排、高效低碳方面持續(xù)開(kāi)展研發(fā)和創(chuàng)新，逐步拓展氣體傳感器在碳中和氣體檢測(cè)領(lǐng)域的深度融合應(yīng)用。
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