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      “氫能革命”未到,“氫氣標準”先行——訪中國測試技術研究院化學研究所副所長潘義

      儀器信息網 2020/01/15 10:15:50 點擊 2148 次
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      [導讀] 我國正在大力發展氫能事業,儀器信息網特別采訪了“全國氣體標準化技術委員會氣體分析分技術委員會氫能與燃料電池分析方法標準制定工作組”的負責人——中國測試技術研究院化學研究所副所長潘義

      當今世界,為了解決能源短缺、環境污染日益嚴重以及人們日益增長的能源需求等問題,對潔凈新能源和可再生能源的開發成為21世紀人類面臨的首要任務。氫氣作為一種清潔、安全、高效、可再生的能源,是人類擺脫對“三大能源”依賴的最經濟、最有效的替代能源之一。我國正在大力發展氫能事業,2019年年初,氫能源被首次寫入《政府工作報告》中,同時,各地方政府也都出臺了一些相應的政策,以扶持當地的氫能產業的發展。

      氫能目前最具潛力的應用領域莫過于燃料電池,而氫氣的質量對燃料電池的壽命、效率等性能起到了至關重要的作用,多個國家已經制定了燃料電池氫氣的相關標準,我國也成立了相應的工作組正在主持制修訂相關標準。近日,在第六屆島津化工論壇上,中國測試技術研究院(以下簡稱為“中測院”)與島津正式簽署了合作協議,成立了合作實驗室。儀式上,儀器信息網特別采訪了“全國氣體標準化技術委員會氣體分析分技術委員會氫能與燃料電池分析方法標準制定工作組”的負責人——中國測試技術研究院化學研究所副所長潘義,請他談談目前國內氫能的發展狀況及國家氫氣質量分析方法標準的一些進展。

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      中國測試技術研究院 化學研究所副所長 潘義

      中國測試技術研究院是一所集法定計量技術機構、第三方校準與檢驗檢測機構、測試技術與標準研究機構三位一體的綜合性國家級研究院。據潘義介紹:中測院始建于1965年,其前身是中國計量科學研究院分院,1980年與西南國家計量測試中心、四川省計量測試所合并,更名為國家計量局成都計量測試研究院,同年遷址成都。1986年經原國家計量局正式批準更名為中國測試技術研究院。2000年由原國家質量監督檢驗檢疫總局移交四川省人民政府實行屬地管理,為省政府直屬公益類科研事業單位。

      作為秘書處單位,中測院組建了全國機動車運行安全技術檢測設備標準化技術委員會(SAC/TC364)、全國生化檢測標準化技術委員會(SAC/TC387)、全國氣體標準化技術委員會氣體分析分技術委員會氫能與燃料電池分析方法標準制定工作組(SAC/TC206/SC1/WG1),一直致力于氣體分析測試領域相關的標準化工作,主持和參與起草了多項國家標準、環境行業以及天然氣行業相關國家標準,并參與國際標準化組織(ISO)下屬的ISO/TC158 Analysis of gases技術對接及ISO國際標準起草工作。

      中測院擁有科研實力雄厚的科研團隊,緊密貼近產業急需的測試與標準技術問題,積極開展“國家化學標準物質”研究工作,取得了豐碩的成果,廣泛應用并滿足環境監測、石油化工、公共安全、公平貿易、儀器研發等領域企事業單位的需求。

      國內起步較晚

      2019年是中國氫能飛速發展的一年,但目前中國氫能產業的發展還遠落后于國外發達國家。潘義介紹說,氫燃料電池技術已經成為全球能源技術革命的一個重要方向,許多國家也將該技術作為未來能源戰略的重要組成部分。日本非常重視氫能產業的發展,想以此解決其部分能源問題;德國也在大力發展氫能,目標是確保德國贏得在氫技術領域的全球領袖地位,并將氫能作為整個國家的能源發展方向之一;而美國開始研究時間較早,但前期不是非常重視,現在也在加快速度發展氫能燃料電池技術。

      車載氫能燃料電池是目前氫能較有前景的應用領域,經過數十年研究已經逐漸發展起來。國內在此領域發展較晚,近年來,多家汽車企業啟動了相關研發,廣東佛山地區在此領域發展較快,四川成都緊隨其后,目前研究重點集中在大、中型客車和城市物流車,已經初步實現了商用;氫能家庭汽車還處于實驗階段,國內目前沒有正式上路的車型。國外一些汽車企業的氫能家庭汽車早已上路,如豐田等。

      雖然目前氫能汽車發展如火如荼,但潘義也說道:氫能汽車也有其局限性,如果未來氫能家庭汽車可以實現量產,也無法很快完全替代電動汽車與燃油汽車,極有可能在一段時間內呈“三分天下”的局勢。

      標準推動發展

      在氫能燃料電池發展中存在很多問題,有很大一部分來源于氫氣的標準。氫氣作為氫能燃料電池的能量來源,其純度及雜質含量都極大的影響著電池的性能,需要對其中各項雜質的含量進行限定。我國工業氫氣的產品標準《GB/T 3634.2-2011氫氣 第2部分:純氫、高純氫和超純氫》中對總烴、總硫、甲醛、甲酸、氨、總鹵化物、顆粒物濃度等參數都沒有規定,如果其中某項參數過高,都會對燃料電池的整體性能造成影響。

      而目前國內燃料電池用氫氣的質量標準依據的是《GB/T 37244-2018 質子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》,該標準是從ISO 14687-2轉化而來。國際標準化組織氫能技術委員會(ISO/TC 197 Hydrogen technologies)在2019年底推出的最新標準ISO 14687中,對參數和限量值做了稍許調整,相信國內相應的標委會也會很快對GB/T 37244進行進一步修訂。

      GB/T 37244 中明確規定了氫氣15個指標的具體要求,包含氫氣純度(摩爾分數)、非氫氣體總量、水、總烴(按甲烷計)、氧、氦、總氮和氬、二氧化碳、一氧化碳、總硫(按H2S計)、甲醛、甲酸、氨、總鹵化合物(按鹵離子計)和最大顆粒物濃度。其中,總硫含量要求不超過4 ppb,標準非常嚴格。GB/T 37244標準中針對這些參數規定了明確的限量值,但是并沒有對各參數的檢測方法進行研究,目前所引用的分析方法標準并不全部適用于燃料電池用氫氣的雜質分析。

      在國際上,國際標準化組織氣體分析技術委員會(ISO/TC 158 Analysis of gases)與國際標準化組織氫能技術委員會(ISO/TC 197 Hydrogen technologies)專門成立了聯合工作組“JWG 7 Hydrogen Fuel Analytical Methods”從事氫燃料分析方法研究。據潘義介紹,為順應國家氫能產業戰略布局,解決氫氣品質分析技術瓶頸問題,健全我國氫能與燃料電池氫氣品質分析方法標準體系,中測院化學所負責籌建了“氫能與燃料電池分析方法標準制定工作組”。該工作組由全國氣體標準化技術委員會氣體分析分技術委員會(SAC/TC 206/SC 1)管理,工作組編號為SAC/TC 206/SC 1/WG 1,對口國際標準化組織“ISO/TC 158/JWG 7 Hydrogen Fuel Analytical Methods”,負責氫能與燃料電池領域氣體分析方法相關標準的制修訂工作。工作組于2019年3月7日批準成立之后,4月7日在成都順利召開工作組啟動會,并成立了“氫氣品質分析與標準研究實驗室”,積極開展相關分析方法標準研究工作,目前已在氣體標準物質、稀釋裝置、高壓氫氣取樣、氫中痕量總硫分析、無機多組分氣體分析等方面取得初步進展,其他參數的分析方法研究工作也在逐步推進中。

      目前的標準雖然對各項指標都有詳細的規范,但卻存在一個問題。潘義解釋說,氫氣的來源直接影響了氫氣中雜質的含量,通過電解水制得的氫氣純凈度就很高,而通過天然氣制得的氫氣烴類物質就會較多,各個地區會根據當地的實際情況選擇制氫的方式。對于加氫站來說,目前無論氫氣來源如何,所有的氫氣都需要進行全部項目的檢測,這無形之中造成了檢測資源的浪費,加氫站也需要投入更多的成本用于氫氣的檢測。

      潘義講,氫能的產業規模很大,且非常有前景,眼下各地區加氫站對檢測都有很大的需求,急需合適的檢測方法。“氫能與燃料電池分析方法標準制定工作組”的工作任務首先是針對ISO 14687的要求,建立一套適用于燃料電池用氫氣中各種雜質的取樣方法和分析方法,形成國家標準;本著經濟適用和分析結果準確可靠的原則,每個參數會爭取形成幾種不同原理的標準,用戶可根據自身的需求進行選擇。這些成果都將服務于整個氫能與燃料電池產業的發展需求,并爭取在標準化方面與ISO相應的工作組接軌和推廣,提升中國的國際影響力。

      合作推動產業

      談到此次與島津成立合作實驗室,潘義表示,與島津公司成立“氣體分析標準化及解決方案示范應用實驗室”,是基于中測院和島津公司前期良好的合作基礎。中測院在環境監測、工業氣體、氫能源、天然氣化工、煤化工等領域具有多年的研究基礎,技術沉淀深厚,研究并建立了許多產業急需的分析方法及解決方案。中測院將以合作實驗室的組建為契機,通過雙方的共同努力,將實驗室建設成為開展氣體分析測試領域關鍵技術攻關的研發基地、成為氣體分析測試成果孵化和轉化示范應用基地,把實驗室建設成為本領域技術集成和技術輻射的公共技術服務平臺,為推動氣體分析領域的科技進步和事業發展作出更新、更大的貢獻。

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      合作實驗室揭牌儀式

      同時,聯合實驗室的研究成果可直接應用于環境空氣監測和化工生產,有助于提升我國環境監測數據質量和氣體化工的生產工藝水平,促進產業轉型升級。同時聯合實驗室將關注前沿產業的氣體分析技術,如氫燃料品質分析,相關研究成果將有力支撐我國氫能產業快速發展,協助提升我國氫能產品質量水平,占據產業鏈上游。


      相關閱讀:第六屆島津化工論壇暨中測院合作實驗室簽約儀式成功舉辦


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