全新的燃料電池用氫國家標(biāo)準(zhǔn)《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》于2019年7月1日起開始實(shí)施，提出了燃料氫氣的概念。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣的術(shù)語和定義、氫氣純度、氫氣中雜質(zhì)含量要求及其分析試驗(yàn)方法等，適用于全氟磺酸類質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣的品質(zhì)要求。

這份新的國標(biāo)盡管發(fā)布一月有余，但并未引起業(yè)界的太多關(guān)注。

據(jù)了解，目前全國運(yùn)營的加氫站，絕大部分氫氣的純度或雜質(zhì)含量并不能滿足燃料電池的用氫標(biāo)準(zhǔn)，尤其是雜質(zhì)含量過多，可能會給燃料電池帶來不可逆的物理性損害。

佳安氫源科技有限公司營銷部總監(jiān)李想認(rèn)為，新標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，我國燃料電池用氫多數(shù)參照工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)。

但工業(yè)氫與燃料氫有本質(zhì)的區(qū)別，前者主要關(guān)注的是氫氣的純度，后者關(guān)注的是特定雜質(zhì)的含量，即便純度達(dá)到五個九（99.999%）的高純氫，如果雜質(zhì)超標(biāo)，照樣會對習(xí)慣吃細(xì)糧的燃料電池帶來重大損害。

李想表示，氫氣中即使是微量甚至痕量的雜質(zhì)，對氫燃料電池的影響也是非常嚴(yán)重的。

鹵化物在生成酸性物質(zhì)后，會對燃料電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕導(dǎo)致氫燃料電池不可逆的結(jié)構(gòu)損壞。

硫和一氧化碳由于與催化劑鉑的親和力比氫更強(qiáng)，其占據(jù)催化劑的活性位點(diǎn)后不易移除，導(dǎo)致催化劑鉑沒有足夠的活性位點(diǎn)將氫催化分解為質(zhì)子和電子，去完成氫燃料電池后續(xù)的反應(yīng)，使氫燃料電池的輸出功率下降且難以恢復(fù)，這其中又以硫更甚。

以下是采訪實(shí)錄：

問：目前，氫燃料行業(yè)發(fā)展面臨哪些問題？

李想：燃料氫主要存在三個問題。

一是氫氣品質(zhì)不夠“高”：氫燃料電池對氫氣的要求非常高，“嬌貴”的氫燃料電池很容易因?yàn)闅錃庵须s質(zhì)的存在導(dǎo)致性能下降甚至報廢。

而目前我國絕大部分氫氣來源于化石能源，因此氫的純度和品質(zhì)不夠高。

二是氫氣價格不夠“低”：目前我國加氫站經(jīng)營的氫氣，價格在60-120元/公斤之間，而且還需要政府補(bǔ)貼。

事實(shí)上，我國有大量低成本的工業(yè)副產(chǎn)氫可以利用，這部分氫氣若通過純化，可以大幅降低燃料電池汽車用氫的成本。

以焦?fàn)t煉焦行業(yè)為例，2017年全國焦炭產(chǎn)量為4.32億噸，副產(chǎn)氫氣可達(dá)到735萬噸，而百萬輛燃料電池汽車每年的耗氫量不過60萬噸。

產(chǎn)量巨大的工業(yè)副產(chǎn)氫成本較低，如芳烴重整得到的工業(yè)副產(chǎn)氫，一般對外售價5-8元/kg，焦?fàn)t煤氣的工業(yè)副產(chǎn)氫一般對外售價8-10元/kg。

如果能將工業(yè)副產(chǎn)氫充分利用，制取燃料氫氣供燃料電池汽車使用，就無須額外消耗能源制氫，可以真正做到變廢為寶，大幅降低燃料氫氣的成本。

三是氫源距離不夠“近”：目前能夠滿足燃料氫要求的氫源與加氫站和燃料電池汽車集中區(qū)域往往存在一定距離，需要長距離運(yùn)輸，導(dǎo)致氫氣的儲運(yùn)成本居高不下，若能夠充分利用與加氫站和燃料電池汽車集中區(qū)域較近的氫源，就可以大幅降低燃料氫氣的儲運(yùn)成本。

問：7月1日我國實(shí)施了燃料電池用氫標(biāo)準(zhǔn)，如何看待這個標(biāo)準(zhǔn)？

李想：燃料電池用氫的標(biāo)準(zhǔn)剛剛實(shí)施，之前燃料電池用氫沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，只能參考工業(yè)氫的國家標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上，工業(yè)氫和燃料氫存在非常大的差別。在工業(yè)用氫標(biāo)準(zhǔn)里邊，高純氫即5個9的氫也不一定能滿足燃料電池用氫要求。

在工業(yè)氫的標(biāo)準(zhǔn)里，高純氫限定的一氧化碳含量比國家標(biāo)準(zhǔn)高五倍，對燃料電池有不可逆的損壞。

工業(yè)氫也沒有對硫的含量做要求，硫?qū)θ剂想姵赜绊懯欠浅４蟮?，對催化劑鉑的毒害作用比一氧化碳還要強(qiáng)。

圖1：GB/T37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》中對氫氣品質(zhì)的要求

問：工業(yè)氫氣和燃料電池氫的具體區(qū)別有哪些？工業(yè)氫能否直接用于燃料電池？

李想：工業(yè)氫不可直接用于燃料電池，需要做有針對性的定向提純除雜。

工業(yè)氫和燃料電池氫最主要的區(qū)別是：工業(yè)氫主要關(guān)注的是氫氣的純度，燃料氫關(guān)注的是特定雜質(zhì)的含量。

目前絕大多數(shù)市場上銷售的氫氣，大家關(guān)心的是超純氫還是高純氫的問題，或者說純度是幾個九，這還是停留在工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)的思維上，相信隨著時間的推移和大家開始越來越重視燃料氫的品質(zhì)問題，這樣的情況會改觀。

工業(yè)氫對硫化物沒有要求，例如氯、嗅、碘等化合物，但在燃料電池里有嚴(yán)格要求，因?yàn)槁取⑿?、碘化合物會對燃料電池的質(zhì)子交換膜產(chǎn)生腐蝕，破壞其堿性反應(yīng)環(huán)境，對燃料電池造成不可逆的物理損壞，甚至穿孔。

在新國標(biāo)里，氮?dú)?，氬氣、氦氣含量對于工業(yè)氫影響很大，會影響其純度。

然而燃料電池里邊，三個氣體為惰性氣體，對電極和燃料電池本身沒有太大影響，只是在一定程度上降低了燃料電池的效率。

燃料氫不需要那么高的純度，氫氣純度達(dá)到99.97%即可，只需要保證一氧化碳和硫等特殊敏感雜質(zhì)的含量就可以。

圖2：工業(yè)氫氣和燃料氫氣對氫氣品質(zhì)要求的區(qū)別

問：目前國內(nèi)燃料電池汽車所用的氫氣，是工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)嗎？

李想：目前國內(nèi)燃料電池車用氫來源分兩類。

一類是水電解制氫，一般不存在雜質(zhì)問題，只要把水的純度保證好，氫的純度是可以保證的。但是電解效率很低，氫氣成本很高，且占地比較大。

第二是工業(yè)氫，高純氫在工業(yè)應(yīng)用比較多，主要應(yīng)用在電子和精細(xì)化工行業(yè)，一般在這些產(chǎn)業(yè)集中區(qū)都會有相應(yīng)的制氫和提純裝置，但是一氧化碳和硫的含量一般無法達(dá)到燃料氫的要求。

甲醇重整制氫會有一氧化碳和甲烷脫除的問題天然氣重整制氫的一氧化碳和硫含量的控制是一個很大的挑戰(zhàn)。

問：如何才能去掉氫氣中的硫和一氧化碳等雜質(zhì)？

李想：如果要達(dá)到燃料氫氣的標(biāo)準(zhǔn)，就需要對氫氣進(jìn)行有針對性的定向除雜提純。

由于燃料氫氣的要求不同于工業(yè)氫，提純技術(shù)也需要做一些相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，主要針對燃料電池較為敏感的雜質(zhì)進(jìn)行有針對性的脫除，來源不同的氫氣由于雜質(zhì)種類和雜質(zhì)含量不同，需要做有針對性的對應(yīng)方案。

傳統(tǒng)的氫氣提純技術(shù)因?yàn)槭菫榱藵M足工業(yè)氫的標(biāo)準(zhǔn)，用來做燃料氫氣提純，效率會比較低，傳統(tǒng)方式提純的氫氣收率甚至只能達(dá)到60%-70%左右，我們的所采用的MDP技術(shù)根據(jù)氫氣情況的不同，可以達(dá)到90%以上且在國際上也是獨(dú)有的。

模塊化定向除雜技術(shù)（MDPModularDirectionalPurification）是根據(jù)雜質(zhì)的組成種類進(jìn)行定向分析，優(yōu)化選擇脫除材料和方法及雜質(zhì)的脫除順序，從而達(dá)到優(yōu)化脫除的目的。

工業(yè)氫通過MDP純化后，可以完全滿足燃料氫品質(zhì)的要求，氫氣純度和各項(xiàng)雜質(zhì)含量符合新的燃料電池用氫標(biāo)準(zhǔn)。

問：這種純化技術(shù)需要付出什么樣的成本？

李想：成本跟氣體來源有關(guān)系，大體成本在2元/公斤左右，如果原料氫氣已經(jīng)是99.9%經(jīng)過提純的氫氣了，成本僅幾毛錢。

我們目前有兩種方式提純。

一是在氫源端把純度不夠的氫氣通過MDP提純技術(shù)得到燃料氫，然后通過長管拖車運(yùn)輸?shù)郊託湔荆鼙ＷC氫氣在出廠前就達(dá)到燃料氫的品質(zhì)，這樣的應(yīng)用場景是低壓的氫氣提純。

二是把純化設(shè)備放在加氫站，在長管拖車運(yùn)輸?shù)臍錃膺M(jìn)入加氫站設(shè)備和管路之前，通過MDP提純技術(shù)對氫氣做一次純化，保障加氫站設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和燃料氫的品質(zhì)。

這樣的應(yīng)用場景是20MPa的高壓氫氣提純，這樣加氫站甚至都不需要高價采購高純氫了，就近采購99.9%的普通工業(yè)氫通過這樣的技術(shù)就可以滿足燃料氫要求，大幅降低了加氫站的氫氣采購成本和儲運(yùn)成本。

在氫源端，要考察氫的雜質(zhì)，因?yàn)槭峭ㄟ^不同方式得到的氫。

如果已經(jīng)是經(jīng)過粗加工的氫氣，例如三個九的氫已經(jīng)脫除了很多的雜質(zhì)，再經(jīng)過我們設(shè)備進(jìn)行提純，成本會比較低。

如果前端沒有三個九的純化，因?yàn)檫€涉及到脫除大分子等雜質(zhì)，還有很多的工序，成本會比較高。