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燃料电池用氢不达标，怎么办？

2023-05-06

中国电源产业网

导语：氢气在制备过程中普遍存在一定杂质，因此对氢气进行除杂提纯，成为氢气使用前必不可少的关键环节。

氢气在制备过程中普遍存在一定杂质，因此对氢气进行除杂提纯，成为氢气使用前必不可少的关键环节。然而质子交换膜燃料电池却是出了名的“挑食”，即便是经过纯化后的高纯氢，依旧不能直接用在燃料电池汽车上。

“当前业内有很多企业将高纯氢（氢含量99.999%）默认为燃料电池用氢，可是这些高纯氢缺少了对有害杂质的检测，其中可能含有一氧化碳、硫化物等会毒害燃料电池催化剂的物质，从而降低燃料电池的功率和寿命。长此以往，甚至整个燃料电池行业的发展都会受到严重影响。”一位业内资深人士表示。

● 氢气纯度问题亟待重视

目前我国电解水制氢尚未形成大规模氢气产出，因此氢气的主要来源依旧是化石能源制氢和工业副产氢。制氢工艺根据各地区、行业、资源不同而选择不同的制氢路线。中国西部天然气资源丰富，制氢主要以天然气为主；炼油企业利用干气制氢、天然气制氢较多；北方企业大部分是以煤为原料获得氢气；在长三角、珠三角、环渤海等地区，工业副产氢较为丰富，可大规模的采用氯碱装置、PDH装置、乙烷裂解装置生产氢气。

佳安氢源公司总经理江风介绍，由于制氢原料的不同，因此氢气中的杂质也不相同。在化石能源制氢方面，煤制氢的主要杂质为CO₂、CH₄、硫化物等；天然气制氢的主要杂质为CO₂、CH₄等；在工业副产氢方面，焦炉煤气生产出氢气的主要杂质为CO₂、CO、硫化物等；丙烷脱氧/甲醇等生产出氢气的主要杂质CnHm、CO₂、CO；烧碱化工生产出氢气的主要杂质Cl₂、CO₂、CO等。

2018年以前，我国燃料氢气标准采用GB/T 3634.2-2011《氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢》执行，在执行该标准过程中，使得用于燃料电池的氢气品质无法保障，造成了一些气体供应事故。为此国家在2018年发布了GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》标准，该标准参考国际通用标准制定，明确了工业氢与燃料氢的区别。

▼ 两项标准的对比如下图所示：

从上表中对比发现，燃料氢中规定的一氧化碳含量远小于高纯氢的规定值，另外燃料氢还对氨气、总硫、甲醛、甲酸、总卤化合物、颗粒物等杂质进行了详细的规定，而高纯氢对这些杂质并无规定。

云浮（佛山）氢能标准化创新研发中心主任赵吉诗告诉高工氢电，早在十几年前，国内外科研机构就开始了氢气中杂质对燃料电池性能影响的研究工作。研究发现氢燃料中H2S的浓度即使低至10ppb也会对电池中的铂催化剂造成中毒现象，并且是不可逆的毒化影响；CO则会吸附在铂催化剂上，随着时间积累占据氢气发生氧化反应时所需的铂催化活性位点，导致燃料电池性能显著降低。

因此由于目前制氢工艺的不同，氢气中的杂质也不相同，即便经过氢气纯化之后，高纯氢中依旧可能存在CO、硫化物等杂质，不能直接应用到燃料电池当中。

● 氢气纯化检测成为当务之急

西安海卓真气体科技有限公司销售总监董国强表示，燃料氢的重点是关注氢气中的杂质，只要将有害杂质定向脱除即可。当前氢气纯化使用最为广泛，技术也最成熟的是变压吸附法（简称“PSA”）。在氢气纯化过程中，根据制氢原料的不同，选用相应的吸附材料，就能够脱除绝大部分的有害杂质。

用在燃料电池上的氢气，在纯化后还有一个必不可少的环节，那就是要对氢气进行分析检测，确保各类杂质的含量符合燃料氢的标准。

“燃料氢的分析检测，对于一部分的中小制氢型的工厂来说，还是相当困难的。因为目前一台国产气相色谱仪也要50万元以上，而国外进口的产品则要100万元左右。而且还要根据燃料氢气的标准，配合多台分析仪器才完成全面的检测。这样一整套分析检测仪器价格在100-300万之间。在燃料电池产业还没有形成大规模氢气需求的情况下，很多制氢企业也没有足够的动力来装备这样专业的检测器材。”一位业内人士告诉高工氢电。

那么该如何解决氢气纯化过程中，有标准但却不能按照标准严格执行的困境呢？有效办法是使用电解水制取的超纯氢。清极能源董事长兼总经理钱伟博士告诉高工氢电，电解水制取的绿氢，其中所含杂质主要是水和氧气，经过较为简便的纯化后就能得到适合燃料电池使用的超纯氢。而现在我国有多个大型的电解水制氢项目已经在快速建设当中，预计到明年底就会逐步产出绿氢。

此外，一部分有实力的制氢企业已针对燃料电池企业需求，生产出了燃料氢。北京环宇京辉京城气体科技有限公司的生产总监李爱营表示，环宇京辉可以根据客户用氢需求生产出符合《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》标准的氢气，在氢气生产纯化过程中，会进行在线检测和实验室检测两套检测程序，保证出厂氢气的纯度，而且运送给客户的氢气都会进行三方取样。如果客户在使用过程中对氢气的质量表示怀疑，可以请第三方的检测机构对氢气样本进行鉴定，保证客户对氢气产品可追溯。（高工氢电/辛友）