发展“氨-氢”能源机遇与风险并存，气体检测是“必选项”

我国氢能行业发展的机遇与挑战

总所周知，氢能是一种理想的清洁能源，加快氢能产业发展是助力中国实现“碳达峰、碳中和”目标的重要路径。

2022年3月，国家发展和改革委员会发布了《氢能产业发展中长期规划 (2021-2035年)》，将氢能正式纳入中国能源战略体系，据预测，中国2050年氢能需求量可能达到6000x104t。
然而，若要实现氢能产业的大规模应用，其面临的挑战主要是低成本高效能的燃料电池技术和安全高效的氢气储运技术，其中氢气储运难和安全性差是制约氢能产业发展的主要“瓶颈”。

● 首先，氢气因体积能量密度低需35~70 MPa的高压储运，导致氢气的储运成本高；

● 其次，根据我国2019年发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预计，2050年将建成1万座加氢站，按每座加氢站1500万~3000万元的建设成本估算，需投入高达1500亿~3000亿元，基建成本高；

● 第三，2019年在挪威、韩国等国家20天内连续发生的三起因氢气储罐泄露引起的爆炸事故，暴露了氢气易燃易爆、本质安全性弱的缺点。

因此，要突破氢能产业发展的瓶颈，亟需结合中国能源及产业结构特点，发展成熟、安全、高效的特色储运氢的路线及其配套产业链，在此背景下，液氨作为一种氢的衍生物，由于其储氢密度高、易于储运，同时也是一种零碳燃料，逐渐受到业界青睐。

目前，日本、韩国、澳大利亚等国均已在积极布局“氨经济”，利用可再生能源电解水制氢后，通过“氢-氨-氢”或“氢-氨”流程完成“绿氢”的储存和运输。

为什么氢氨融合成趋势？
氨为突破氢能产业瓶颈提供了可行的解决途径

虽然氢能源拥有诸多优点，但难以储存和运输，而且，氢是元素周期表上最轻的元素，很容易泄露，对储存容器要求高，并且氢气非常活泼，与空气混合后很容易发生燃烧和爆炸。
如果远距离运输氢，需要将其液化，在常压状态下，需要将其温度降低到-235摄氏度以下，能耗较高。如果以管道运输，则需要克服纯氢以及掺氢的气体给管道带来的安全隐患，攻克氢气管道的材料难题。
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于是，氨进入了视野

▲氨（NH3）是关系国计民生的基础的化工原料，广泛用于化肥、环保、军事、制冷等领域
氨是由一个氮原子和三个氢原子组成的化合物，是天然的储氢介质，在常压状态下，只需要将温度降低到-33摄氏度，就能够将氨液化，便于安全运输，目前全球八成以上的氨被用于生产化肥，这让氨拥有着完备的贸易、运输体系。理论上，可以用可再生能源生产氢，再将氢转换为氨，运输到目的地。
氨作为高效储氢介质，具有显著优势

高能量密度：氨的体积能量密度达约13.6 MJ·L-1，1 L液氨 = 4.9 L高压氢（35.0 MPa）= 1200 L常温常压氢，成氨的能耗与氢液化的能耗相当；

液化储运成本低：氨只需加压至1.0 MPa即可以液态形式储运，一辆液氨槽罐车载氨量可达30 t（约含5.29 t氢），载氢量较长管拖车运氢（载氢量不到400 kg）提高1个数量级，因此运氨成本（约0.001元·kg-1·km-1）也较运氢成本（0.02~0.10元·kg-1·km-1）呈数量级降低。

无碳储能：氨成熟的技术体系和标准规范及低成本合成、存储和运输，可实现季节性、远距离、“无碳化”的“氨-氢”储能，且有研究表明，在目前主要研究的几类电制液体燃料技术（液氢、液氨、液化天然气、甲醇、有机液态储氢）中，电制氨的成本最低，效率仅次于电制液氨。

从安全角度，氨的火灾危险性仅为乙类，具有较氢气（4%~76%）更安全的爆炸极限（16%~25%），氨燃烧发生火灾和爆炸的可能性极低，且人对氨的气味极其敏感，泄露易察觉，其刺激性气味是可靠的警报信号。

从合成氨的途径来看，公开资料显示，国内有近78%的氨来源于煤炭，存在高耗能、高排放等问题，在能源转型呼声高涨的当下，面临着巨大的绿色转型压力。

为此，以电解水制氢合成氨为代表的技术路线将成为合成氨脱碳的重要路径，我国合成氨行业能源供给结构由化石能源向可再生能源转换有着巨大的潜力。

在双碳战略目标愿景下，氨将构建起氨能能源体系，“绿电-绿氢-绿氨”成为重要发展趋势。

虽然"氨-氢"能源是支撑可再生能源规模化利用和绿色能源产业发展的重要载体，但是在脱碳，碳中和等环节的利用过程中，"氨-氢"能源本身所存在的气体风险也不可小觑！

Part. 01

氢气的理化性质

氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体。-259.1℃时，变成雪状固体。

常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。

如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附），金属钯对氢气的吸附作用最强。当空气中的体积分数为4%-75%时，遇到火源，可引起爆炸。

Part. 02

氨气的理化性质

氨具有中等毒性，但却有很强的腐蚀性。即使空气中的浓度非常低，只有百万分之三十（ppm），可能来自非常小的泄漏，甚至有时是常规操作。

● 如果一个人接触它超过15分钟，就会导致呼吸困难；

● 在100ppm时，会出现眼睛和喉咙的刺激；

● 在500-700ppm时，任何接触都会变得危险，有灼伤喉咙、皮肤、肺和眼睛的风险，可能会导致失明；

● 在更高的浓度下，死亡的风险大大增加；

伤害的严重程度取决于氨的确切浓度和接触时间的长短，但在最坏的情况下，它可以导致呼吸道被灼伤，使受害者窒息。

"氨-氢"能源在生产、存储、运输、应用等环节，都会存在一定的危险气体泄漏风险，，一旦发生泄漏，就容易引起爆炸、火灾或是中毒，导致大量生命损失和财产安全。

因此，为了安全起见，在各个"氨-氢"能源利用环节中，需要安装多个气体泄漏传感器，实时及时监测，一旦传感器检测到危险气体的泄漏，需要立即发出警报并切断氢源。

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结语


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安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
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