每一升氫氣都讓你傾心
——專訪中國石化石油化工科學(xué)研究院首席專家、教授級(jí)高級(jí)工程師徐廣通

文／本刊記者 鄭 丹

中國石化制定國內(nèi)首套氫源品質(zhì)分析技術(shù)和檢測體系。

近日，來自中國石化石油化工科學(xué)研究院（簡稱石科院）的一條消息再次點(diǎn)亮了氫能源汽車發(fā)展的預(yù)期。

由石科院承擔(dān)的“質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣質(zhì)量檢測項(xiàng)目”獲得國家認(rèn)監(jiān)委資質(zhì)認(rèn)定（CMA），標(biāo)志著該院可檢測燃料電池車用氫氣品質(zhì)，并向社會(huì)出具具有法律效力的分析報(bào)告。中國石化由此成為國內(nèi)首家且目前是唯一獲得CMA資質(zhì)的單位。

石科院首席專家、教授級(jí)高級(jí)工程師徐廣通表示：“高性價(jià)比氫氣的供應(yīng)是燃料電池汽車發(fā)展的重要基礎(chǔ)。建立一套完整的燃料電池車用氫氣質(zhì)量檢測體系不僅能為燃料電池氫氣質(zhì)量管控體系的建立和氫氣純化技術(shù)的開發(fā)提供支撐，也是分析化學(xué)學(xué)科研究發(fā)展的重要內(nèi)容，更是全球能源技術(shù)革命向著多維度、綠色、清潔、低碳方向發(fā)展的體現(xiàn)。我國有廣泛的氫能資源，預(yù)計(jì)未來有廣闊的市場前景。”

研究具重要價(jià)值

中國石油石化：徐教授，您好！在您看來，對(duì)氫源品質(zhì)進(jìn)行研究的必要性是什么？

徐廣通：今天我們所談及的氫源品質(zhì)是指氫燃料電池汽車所使用的氫氣品質(zhì)。氫燃料電池的工作原理是氫氣在燃料電池內(nèi)部通過電化學(xué)催化轉(zhuǎn)化釋放出電能，再通過電能驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。

氫氣實(shí)際上也是一種化學(xué)品，來源多種多樣，如石化企業(yè)副產(chǎn)氫、煤制氫、輕烴制氫等，其中難免含有一些微量或痕量雜質(zhì)。為此，在燃料電池用氫氣標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)可能影響電池性能的多種雜質(zhì)進(jìn)行了限值，以保障電池高效、長周期的運(yùn)行。除確定其質(zhì)量狀況能否作為燃料電池使用外，還要研究不同來源氫氣中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律以及對(duì)燃料電池性能的影響，這些信息對(duì)氫氣純化工藝的設(shè)計(jì)以及燃料電池用氫氣質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)計(jì)具有重要意義。

目前，對(duì)各種不同來源的氫氣中雜質(zhì)的賦存狀況尚不清晰，對(duì)氫氣中的雜質(zhì)進(jìn)行分子鑒別并建立雜質(zhì)的分析方法，以及準(zhǔn)確把握不同氫源中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)，對(duì)燃料電池用氫氣純化材料及純化工藝的設(shè)計(jì)以及質(zhì)量控制具有重要的價(jià)值。

中國石油石化：燃料電池車用氫氣質(zhì)量檢測，對(duì)車和燃料電池具有怎樣的重要性？

徐廣通：與煉廠用氫不同，氫燃料電池用氫除在純度上提出更高的要求外，更重要的是氫氣中痕量雜質(zhì)的控制，否則將嚴(yán)重影響電池的運(yùn)行效率和壽命。在石化、煤化領(lǐng)域，氫氣主要來源于傳統(tǒng)的天然氣重整制氫、輕烴制氫、催化重整副產(chǎn)氫及煤制氫等工藝，化石燃料在產(chǎn)氫的過程中不可避免帶有CO、CO2、NH3、烴類、硫化物、甲醛、甲酸、惰性氣體等雜質(zhì)，這些微量雜質(zhì)是影響燃料電池耐久性的主要因素之一，不同氫源中雜質(zhì)的賦存狀態(tài)也不盡相同。

因此，需要建立可靠的方法準(zhǔn)確定量分析氫源中的痕量關(guān)鍵雜質(zhì)，并對(duì)典型氫源中的雜質(zhì)組分進(jìn)行分子鑒別及賦存情況分析，這對(duì)燃料級(jí)氫氣品質(zhì)體系的建立、純化技術(shù)開發(fā)及燃料電池催化劑新材料開發(fā)均具有重大意義。

可針對(duì)13項(xiàng)雜質(zhì)進(jìn)行檢測

中國石油石化：通過進(jìn)行氫源品質(zhì)分析技術(shù)研究，石科院建立了一套檢測體系，該體系主要包含哪些內(nèi)容？

徐廣通：該體系的建立以先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性理念為主導(dǎo)，主要包括四個(gè)方面的研究內(nèi)容。一是關(guān)鍵雜質(zhì)檢測新技術(shù)、新方法研究并提出滿足FCV 用氫氣品質(zhì)檢測的實(shí)驗(yàn)室整體解決方案，為實(shí)現(xiàn)FCV 氫氣品質(zhì)的全流程管理提供支撐；二是研究開發(fā)氫氣雜質(zhì)在線分析技術(shù)，為氫氣純化提供技術(shù)支撐；三是研究氫氣中雜質(zhì)的賦存形態(tài)及其對(duì)燃料電池性能的影響，為FCV 用氫氣質(zhì)量體系的研究發(fā)展奠定基礎(chǔ)；四是作為國家監(jiān)測中心的一部分向社會(huì)提供分析檢測服務(wù)。目前，課題組承擔(dān)的國家重點(diǎn)專項(xiàng)、中國石化重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等系列課題正在為解決氫氣品質(zhì)分析系列問題開展工作。

中國石油石化：采用這套體系，主要可對(duì)哪些指標(biāo)進(jìn)行分析和檢測？

徐廣通：參考相關(guān)氫氣純度標(biāo)準(zhǔn)及雜質(zhì)組分分析能力要求，石科院目前已開發(fā)實(shí)施的氫源品質(zhì)分析體系包括針對(duì)ISO14687 和GB/T 37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》國際和國家標(biāo)準(zhǔn)中燃料氫氣技術(shù)指標(biāo)要求的所有檢測項(xiàng)目，即水、總烴、氧、氦、總氮和氬、二氧化碳、一氧化碳、總硫、甲醛、甲酸、氨、總鹵化物和最大顆粒物濃度和氫氣純度。此外，對(duì)于氫氣中關(guān)鍵痕量雜質(zhì)分析檢測，還自主設(shè)計(jì)了集成化的多組分分析檢測系統(tǒng)和方法以建立一套更加完整高效的痕量雜質(zhì)分析方法 。

支持國內(nèi)和冬奧會(huì)用氫檢測

中國石油石化：在您看來，該體系具有怎樣的意義？

徐廣通：該檢測體系的建立對(duì)中國石化乃至國內(nèi)FCV 用氫氣質(zhì)量品質(zhì)的保障都意義重大。

隨著能源結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整和轉(zhuǎn)變，氫氣也將成為中國石化重要的能源產(chǎn)品，通過建立嚴(yán)格、完善的燃料電池用氫氣監(jiān)測體系，像中國石化提出的“每一滴油都是承諾”一樣，我們也將保證加注的每一升氫氣的質(zhì)量都讓廣大消費(fèi)者放心。

為響應(yīng)中國石化開發(fā)氫能產(chǎn)業(yè)的布局，石科院在開展氫燃料電池、氫氣純化技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，于2019 年初著手氫源品質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和項(xiàng)目組的組建。課題組憑借深厚的學(xué)科積淀和扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，解決了系列氫氣痕量雜質(zhì)檢測時(shí)存在的問題。實(shí)驗(yàn)室于2019 年10 月初步建成并投入運(yùn)行，一些重要分析指標(biāo)的檢測也占據(jù)國內(nèi)外領(lǐng)先地位。

石科院的氫氣品質(zhì)解決方案也將為國內(nèi)氫源質(zhì)量檢測體系的建立提供支撐和服務(wù)。我們正陸續(xù)接到全國各地希望提供FCV 用氫氣品質(zhì)檢測的需求。隨著研究的深入和分析技術(shù)水平的提升，我們還將開展國際合作，開展氫源新分析技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，為氫源品質(zhì)全流程的管控提供支撐，包括為燃料電池車用氫氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中指標(biāo)的確定提供依據(jù)等等。

中國石油石化：這套體系是否會(huì)用于中國石化北京冬奧會(huì)項(xiàng)目的氫氣檢測？

徐廣通：中國石化集團(tuán)作為冬奧會(huì)官方油氣合作伙伴，將為2022 年北京冬奧會(huì)氫燃料電池汽車供應(yīng)充足穩(wěn)定的氫氣保障。屆時(shí)，氫燃料電池車將作為賽事期間人員出行服務(wù)保障用車投入使用。根據(jù)政府的需要和中國石化的工作安排，這套體系將為冬奧會(huì)氫氣品質(zhì)的檢測提供支撐。

今年3 月底，我們的氫源分析團(tuán)隊(duì)受燕山石化緊急委托，趕赴燕山石化2022年冬奧會(huì)燃料電池車用氫氣生產(chǎn)裝置現(xiàn)場，為新開工裝置生產(chǎn)的氫氣進(jìn)行采樣分析，及時(shí)完成了氫氣品質(zhì)和裝置運(yùn)行情況的評(píng)估。近期，我們又為電解水產(chǎn)氫的品質(zhì)進(jìn)行了檢測。