媒体:第一元素网
受访对象:李想 北京佳安氢源科技股份有限公司营销部总监
导语:作为娇贵的燃料电池系统,其“燃料”氢气的品质,很大程度上决定了燃料电池系统的实际性能和运行寿命。
全新的燃料电池用氢国家标准《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》于2019年7月1日起开始实施,提出了燃料氢气的概念。该标准规定了质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气的术语和定义、氢气纯度、氢气中杂质含量要求及其分析试验方法等,适用于全氟磺酸类质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气的品质要求。
这份新的国标尽管发布一月有余,但并未引起业界的太多关注。据第一元素了解,目前全国运营的加氢站,绝大部分氢气的纯度或杂质含量并不能满足燃料电池的用氢标准,尤其是杂质含量过多,可能会给燃料电池带来不可逆的物理性损害。
佳安氢源科技有限公司营销部总监李想认为,新标准颁布之前,我国燃料电池用氢多数参照工业氢标准,但工业氢与燃料氢有本质的区别,前者主要关注的是氢气的纯度,后者关注的是特定杂质的含量,即便纯度达到五个九(99.999%)的高纯氢,如果杂质超标,照样会对习惯吃细粮的燃料电池带来重大损害。
李想表示,氢气中即使是微量甚至痕量的杂质,对氢燃料电池的影响也是非常严重的。硫化物和卤化物在生成酸性物质后,会对燃料电池内部结构产生腐蚀导致氢燃料电池不可逆的结构损坏。硫和一氧化碳由于与催化剂铂的亲和力比氢更强,其占据催化剂的活性位点后不易移除,导致催化剂铂没有足够的活性位点将氢催化分解为质子和电子,去完成氢燃料电池后续的反应,使氢燃料电池的输出功率下降且难以恢复,这其中又以硫更甚。
以下是采访实录:
第一元素:目前,氢燃料行业发展面临哪些问题?
李想:燃料氢主要存在三个问题。一是氢气品质不够“高”:氢燃料电池对氢气的要求非常高,“娇贵”的氢燃料电池很容易因为氢气中杂质的存在导致性能下降甚至报废。而目前我国绝大部分氢气来源于化石能源,因此氢的纯度和品质不够高。
二是氢气价格不够“低”:目前我国加氢站经营的氢气,价格在60-120元/公斤之间,而且还需要政府补贴。事实上,我国有大量低成本的工业副产氢可以利用,这部分氢气若通过纯化,可以大幅降低燃料电池汽车用氢的成本。
工业氢的来源主要分为工业制氢和伴生富氢。工业制氢是以满足工业生产用氢为目的的氢气制造,产量大且成本较低。在很多工业生产过程中,还会产生存在于尾气和废气中的伴生富氢,这类氢气或被作为燃料燃烧,或被低效利用,甚至被直接排放,非常可惜。
三是氢源距离不够“近”:目前我国氢源地与耗氢地往往存在一定距离,不能够就地消纳,导致氢气的运输成本居高不下,若能够在本地制氢且消纳,也能够有效降低用氢成本。
第一元素:7月1日我国实施了燃料电池用氢标准,如何看待这个标准?
李想:燃料电池用氢的标准刚刚实施,之前燃料电池用氢没有统一的标准。实际上,工业氢和燃料氢存在非常大的差别。在工业用氢标准里边,高纯氢即5个9的氢是不能满足燃料电池用氢要求的。在工业标准里,一氧化碳含量比国家标准高五倍,对燃料电池有不可逆的损坏。工业氢也没有对硫的含量做要求,硫对燃料电池影响是非常大的,对催化剂铂的毒坏作用比一氧化碳还要强。
第一元素:工业氢气和燃料电池氢的具体区别有哪些?工业氢能否直接用于燃料电池?
李想:工业氢不可直接用于燃料电池,需要做提纯。
工业氢和燃料电池氢最主要的区别是:工业氢主要关注的是氢气的纯度,氢的含量。燃料氢关注的是特定杂质的含量。目前绝大多数市场上销售的氢气,大家关心的是超纯氢还是高纯氢的问题。
工业氢对硫化物没有要求,例如氯、嗅、碘等化合物,但在燃料电池里有严格要求,因为氯、嗅、碘化合物会对燃料电池进行反噬,对电池膜产生腐蚀,破坏其碱性反应环境,对燃料电池膜进行不可逆的物理损坏,甚至穿孔。
在新国标里,氮气,氩气、氦气含量对于工业氢影响很大,会影响其纯度。然而燃料电池里边,三个气体为惰性气体,对电极和燃料电池本身没有太大影响。燃料电池没有必要去把纯度提高而把氦气、氮气、氩气提的很纯,只需要保证一氧化碳和硫的含量就可以。
第一元素网:目前国内燃料电池汽车所用的氢气,是工业氢标准吗?
李想:目前国内燃料电池车用氢来源分两类。一类是水电解制氢,一般不存在杂质问题,只要把水的纯度保证好,氢的纯度是可以保证的。但是电解效率很低,且占地比较大。
第二是工业制氢,高纯氢在工业应用比较多,主要应用在电子行业,一般在电子产业集中区都会有相应的提纯装置,但是一氧化碳和硫的含量是没有办法保障的。甲醇重整制氢会好一些,天然气重整制氢的一氧化碳和硫含量一般会超标。
第一元素:如何才能去掉氢气中的硫和一氧化碳等杂质?
李想:这需要对氢气进行提纯,氢气提纯技术是指,将整体杂质达到要求后再将燃料电池较为敏感的,难以脱取的杂质进行提纯,具有专门的技术,针对杂质情况来做相应的方案。传统的脱氢技术效率比较低,传统方式提纯可以做到60%-70%左右,我们的所采用的MDP技术可以达到90%以上且在国内是独有的。
模块化定向除杂技术(MDP Modular Directional Purification)是根据杂质的组成种类进行定向分析,优化选择脱除材料和方法及杂质的脱除顺序,从而达到优化脱除的目的。工业氢通过MDP纯化后,可以完全满足燃料氢品质的要求,氢气纯度和各项杂质含量符合新的燃料电池用氢标准。
第一元素网:这种纯化技术需要付出什么样的成本?
李想:成本跟气体来源有关系,大体成本在2元/公斤左右。我们目前有两种方式提纯。一是在制造企业端把纯度不够的氢气通过提纯技术得到燃料氢,然后通过长管拖车运输到加氢站,能保证出厂氢的质量。二是把纯化设备放在加氢站,站端设备通过提纯直接储存在加氢站进行加氢。
在氢源端,要考察氢的杂质,因为是通过不同方式得到的氢。如果已经是经过粗加工的氢气,例如三个九的氢已经脱除了很多的杂质,再经过我们设备进行提纯,成本会比较低。如果前端没有三个九的纯化,因为还涉及到脱除大分子等杂质,还有很多的工序,成本会比较高。