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比海底9000米实现水密封还要难

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加氢站如何实现氢气密封

近日，《山西省氢能产业链2023年行动方案》发布。结合氢能应用实际需求，今年山西省将推进加氢站建设，有效满足下游应用加氢需求。

作为清洁能源, 氢能被全球广泛应用于航天航空、军事、交通等诸多领域。公开数据显示，截至2022年底，我国氢燃料电池汽车保有量约为1.32万辆，其中燃料电池货车为7847辆，燃料电池客车为5402辆，是全球燃料电池商用车保有量最多的国家。根据中国氢能联盟统计，截至2022年底，全球主要国家在营加氢站数量达727座，我国累计建成加氢站358座，其中在营245座，加氢站数量全球第一。

为了揭开氢能应用的奥妙，让我们一起走近加氢站看个究竟。

氢燃料电池汽车的驱动力来自车上的电动机，就像纯电动汽车一样，因此它可以理解为一辆“利用氢实时发电的电动车”。氢燃料电池是一种利用氢与氧发生化学反应而产生电能的装置，零有害气体排放。氢燃料电池汽车到加氢站加氢就像普通汽车加汽油一样快，几分钟就可以完成。汽车在行驶过程中不断获得由氢燃料电池经过化学反应产生的电能。而纯电动汽车需要到充电桩充电，充电时间比较漫长，汽车在行驶过程中电池的蓄电消耗也很快。

加氢站是氢燃料电池汽车运行所必需的基础设施，它的主要作用就是把氢气快速安全地加注到氢燃料电池汽车的车载储氢系统。

现在，我国加氢站氢的来源大部分以外运氢为主。外运氢是相对于站内制氢而言的，是以20兆帕的压力通过长管拖车把氢气运输到加氢站里面。

氢气到达加氢站后，通过一个叫作泄气柱的装置把氢气连接到加氢站里面的压缩机。压缩机的作用是将20兆帕的氢气加压到45兆帕，还有一部分是更高的90兆帕。增压后的氢气会存储到更高压的压力容器中。如果有氢燃料电池汽车来加氢站加氢，高压储存罐里面的氢气，将会通过加氢机快速安全地加注到氢燃料电池汽车的车载储氢系统。

中学物理课堂上讲过，一个大气压可以支持10米的水柱。一个兆帕是10个大气压，也就是说，一个兆帕可以支持100米的水柱。在加氢站中，90兆帕则意味着可以支持9000米的水柱，这可比珠穆朗玛峰还要高。由此，我们可以看到，这个压力值是非常惊人的。

而在这些加氢站装备中，对于氢气来讲密封极其重要。在做好技术开发的同时，科研人员已在密封方面花费了相当大的精力。90兆帕，也就相当于身处9000米深的海底时，周围的水所带来的压力。但是对于水来说，它的分子比较大，容易密封，而氢气分子比水分子小很多，因此非常难以实现有效密封。在这个过程中，我们如果实现氢气密封，比所谓在海底9000米实现水密封还要付出更高的代价。

对于加氢站来讲，任何时候安全都是第一位的。加氢站一定要配备一个整体的闭环控制系统，具备非常严密的连锁技术，这样才能保证一旦有任何一个环节出现氢气泄漏，都会即时响应处置，避免产生严重后果。所有的这些功能性装备和软件将共同构成一个系统，它们相互间在工作时能够协同配合。因此，我们需要在加氢站的系统建设中展开非常缜密的逻辑设计。

据现有数据推算，到2025年，中国氢燃料电池汽车数量将达5万辆，加氢站数量力争达到1000座，到2030年实现真正的氢燃料电池汽车大规模应用。

根据国家“十四五”规划要求，可再生能源制氢量要达到每年20万吨，实现二氧化碳减排200万吨。这些目标将不断激励加氢站与加氢技术进一步发展。

（作者系北京市科学技术研究院智能装备研究所助理研究员、北科科普宣讲团成员）