化工产品市场推广 氢能将要面对的市场推广问题——储氢瓶篇

编者按:氢能和燃料电池的发展需要来自供给端的技术进步、配套条件改善和成本变化等动态信息,也需要对各国、各地政策的跟踪,了解产业的外部驱动力

同时,我们也需要关注来自市场对氢能发展的声音,回答来自市场端消费者关心和顾虑的问题,帮助消费者提升对氢能的理解,建立市场对氢能产业发展的信心。

铭沨是来自汽车文化领域一名优秀的摄影师,因为长期在消费一线,所以,能够近距离倾听到来自市场车友们的声音,并希望通过《产业观察者》给予市场更多专业的反馈。

本期是关于氢气储运安全的话题,在跟我对“氢脆”问题进行争论后他的问题是:“IV型瓶毫无疑问将会成为储氢的主要路径,但是如何让消费者接受呢?”我们对他这个市场化声音进行讨论,铭沨整理了有关储氢瓶安全方面的回应。

如果您有补充内容,或更多关于氢能发展的疑问,请给我们留言,我们希望更多的人参与到氢能及燃料电池汽车产业化的讨论中来。

——郑贤玲

写这篇文章之前,其实本意并不是一篇想讲市场推广方向相关的文章,毕竟我本身也不是推广营销的行家,本来最早是和郑总商量是面对广大消费市场写一篇储氢相关的科普文章,一方面是想从细节开始梳理我个人对氢能产业的分类了解,另一方面也是想深入了解一下储氢的相关技术,扩大对氢能基础知识认知的市场范围。

但在读了一些行业专家和协会出版的相关书籍之后,我虽然对储氢罐有了稍许了解,却在文章上却开始犯难了,由于我个人能力有限,如果要将储氢罐的产业链用文字梳理一遍,我并不觉得能有专家介绍的那么精彩,充其量将这些文章加上部分自己的文字誊抄一遍,这自然不是我想要做的事情,一时间我就被这个题材给卡住,有点进退两难了。

偶然几次在和朋友聊天时,我发现了一个问题,虽然目前有很多专业的平台和专家都在氢能相关知识以科普文章的方式进行推广,但是由于专业性太强,受众面极其狭窄,对于一般消费者来说很难起到有效的科普和引导作用,故此我才突然想到换一种方式来沟通,如何将氢能有效地推广给消费者,并且其中可能会面对的问题,尝试一下做一个提出问题的人。

“IV型瓶毫无疑问将会成为储氢的主要路径,但是如何让消费者接受呢?”

可能很多专家在看到这个问题都会嗤之一笑,甚至为了这个问题,我还被郑总“教育”了一顿,但是抛开专业程度不提,这个问题其实是从很多朋友问我的问题中我个人延伸出来的一个问题。

几乎每次和朋友讨论到氢能时,安全都是一个绕不开的话题,燃料电池车型迟早有一天会直面消费者,我们也不可能一直通过商用车和特种车型来为燃料电池埋单,消费者在选择消费产品时,除了经济性和功能性,安全性也是非常重要的选择指标。

而目前为止,消费市场对于氢能的安全性可以说既缺乏认知,也缺乏信心,特别是在当下还有某些渠道通过安全性来对氢能提出质疑的当下,通过提高消费者对产品安全性的了解是构建消费信心的重要方式,而且当“不安全”的概念深入人心之后,再想要去扭转观念就会愈加困难。

那为什么我要将IV 型瓶单独拿出来说呢?汽车行业的朋友可能会对一些现象和事件有所记忆和了解,举个例子,至今还有不少汽车消费者认为越“ 硬” 的车身越安全,那些有足够溃缩区和吸能区的设计反而是不安全的“ 脆皮” 产品,所以到现在为止在汽车消费市场都有日系没有德系和美系安全的认知,但是我们不论是从中保研的碰撞测试结果还是美国的IIHS 结果都能看出一个共同点,并不是消费者认知的越“ 硬” 越好。

当然这里并不是为了给日系正名,不乏部分日系车型也存在安全隐患。其实安全和哪国生产的车没有太大的关系,更多是设计和生产工艺的结合带来的影响。这篇文章也并不是给汽车消费者的消费指南,我们也不能要求每个消费者都去主动提升自己的认知和观念再来消费,只是想说虽然目前已经很难查到这个观念的出处,近些年也有不少专家学者和自媒体对相关的技术进行了充分的科普,但是无疑这个观念不论是早期还是现如今的汽车消费市场都还保有一定的影响力。

截至2022年8月中保研碰撞测试排名前十名车型(来源:中保研官网)

截至2022 年8 月中保研碰撞测试排名后十名车型(来源:中保研官网)

在 搜索日系车安全性的关键词可以看到这个话题已经存在多年。

还是回到储氢瓶的话题上来,我们引入第一个氢能专业的概念——氢脆。全球每年有7000多万吨的氢气产能,其中中国就有3300万吨,过去氢气主要用作工业原料、还原剂,作为能源只是在航天动力上应用,所以,氢气的储存对设备的重量要求并不高,工业用氢一般都是用细长厚壁的钢瓶来储存,采用厚壁主要是因为氢气与金属接触容易产生氢脆,所以,需要用比较厚的钢材来防止气瓶产生裂纹。

我们先百度一下“氢脆”吧。

“氢脆是溶于钢中的氢,聚合为氢分子,造成应力集中,超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。氢脆只可防,不可治。氢脆一经产生,就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(10的负6次方量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。”

产生氢脆的主要原因有:

(1)在金属凝固的过程中,溶入其中的氢没能及时释放出来,向金属中缺陷附近扩散,到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢并不断聚集,从而产生巨大的内压力,使金属发生裂纹。

(2)在石油工业的加氢裂解炉里,工作温度为300-500度,氢气压力高达几十个到上百个大气压力,这时氢可渗入钢中与碳发生化学反应生成甲烷。甲烷气泡可在钢中夹杂物或晶界等场所成核,长大,并产生高压导致钢材损伤。

(3)在应力作用下,固溶在金属中的氢也可能引起氢脆。

(4)某些金属与氢有较大的亲和力,过饱和氢与这种金属原子易结合生成氢化物,或在外力作用下应力集中区聚集的高浓度的氢与该种金属原子结合生成氢化物。等等。

如果氢气用作能源特别是用于车用动力是不能用厚壁细管的储氢瓶来解决氢脆问题的,我们需要引入第二个专有名词——临氢材料。也就是储氢容器与氢气接触面的材料,需要通过改变临氢材料来防止氢脆对储氢瓶的破坏和腐蚀。

另外,氢气作为能源需要解决能量密度的问题, 常温常压下,氢气在单位体积中的能量密度非常小,也就是说无论是运输氢气的效率还是车载储氢瓶的容量都需要用高压或者低温来解决氢气的能量密度问题,厚壁固然也是提高储氢压力的一种方法,但这样会导致运氢或储氢设备太重,使得运输效率下降,所以,作为工业用的钢瓶是不适合用于氢气的储运的。

全球大部分国家采用的是高压储运,包括氢气运输的长管拖车、加氢站储氢瓶和燃料电池汽车上的储氢罐。目前,运氢的长管拖车国内采用的标准是20兆帕,国外采用的52兆帕;站内储氢国内最高达到99兆帕,国外达到103兆帕;车载储氢瓶国内标准采用的是35兆帕,国外70兆帕。

前面讲“氢脆”概念涉及到“临氢材料”,目前采用的是 铝制内胆和 树脂内胆两种方案。 那么涉及到储氢容器的重量我们还需要引入第三个概念——碳纤维材料。碳纤维是一种高强度、低质量的新兴材料,其单位体积的密度是钢材的22%,但强度却达到铝合金的四倍。

由于这些材料的组合不同,储氢瓶的结构可以分为多种形式,我们在此引入第四个专业名称——Ⅰ 型瓶、Ⅱ 型瓶、Ⅲ 型瓶、Ⅳ型瓶。 Ⅰ型瓶是指无缝钢瓶;Ⅱ型瓶钢内胆,纤维复合材料环向缠绕气瓶;III型瓶是指无缝金属内胆,纤维全缠绕气瓶;IV型瓶指非金属内胆,纤维全缠绕气瓶。另外,国际市场已经开始研究内外都是碳纤维的 V型瓶。

车载储氢瓶和长管拖车基本上用的是III型瓶和IV型瓶,我们抛开其他的附件暂且不谈,其最大的区别大家都知道是内胆材质上,从III型瓶的金属内胆到IV型瓶的塑料内胆,业内的人大多都知道IV型瓶的塑料内胆并不是普通的塑料那么简单,而且其初衷也是为了避免金属产生的氢脆和降低储氢瓶的重量等诸多原因,但是要让消费者去接受金属不如塑料安全的这个概念。 我想通过销售时再对氢脆,EVOH等概念进行科普,可能收效甚微。

特别是目前我国IV型瓶还并未普及甚至还没有完善行业标准,如果乘用车的消费市场在IV型瓶普及之前打开,还会出现从III型瓶过渡到IV型瓶的阶段,让消费者认可IV型瓶的塑料内胆的安全性科普可能已经需要开始提上日程了,虽然乘用车的市场还没有正式打开,但是这也只是一个过程而已,更不用提未来V型瓶的“去内胆”设计。

除了设备本身,氢气储运的核心技术还包括氢气阀门和氢气传感器,因为氢气本身有在工业与航空航天的应用,所以,阀门本身并不是现阶段突破的技术,只是阀门的材料级密封性要求比较高,目前我国氢气阀门大部分还依赖进口,但近期国内军工技术开始在氢能民用市场应用,国产化比例在逐渐提升。

氢能传感器主要是检测压力和浓度,氢气一旦泄漏,车规级的传感器对非常稀薄的氢气就会在2秒钟内做出反应,迅速报警。

自2014年至今年上半年,全球主要国家和企业销售燃料电池汽车累计58736辆,至今没有发生过一起燃料电池汽车安全事故。

作为燃料电池车型的重要部件,储氢瓶的安全性无疑将会成为消费者关注的重点,现在氢能行业整体还处于起步阶段,偶尔看到消费者不了解氢能,认为氢能不安全情有可原,毕竟作为能源,不论是石油,天然气,电都存在安全隐患,氢作为一个全新的消费型能源,要让消费者去接受其安全性,必然不是几篇报告就能解决的问题,在氢真正进入消费市场前,有没有必要对其进行一轮认知的普及呢?我想未雨绸缪总是好过临渴掘井。

聚焦伊吾 . 问能哈密

“2022中国煤炭深加工与新能源耦合发展大会”因疫延期至9月24-28日召开,原定内容不变!

原定院士、专家及及题目

刘中民院士,李灿院士、彭苏萍院士主旨报告

关于煤炭与新能源耦合发展的思考

报告嘉宾:国家能源局原副局长,中国能源研究会副理事长吴吟

未来煤化工的思考

报告嘉宾:林彬彬,化工行业工程勘察设计大师,中国天辰工程公司总工程师

低阶煤分质分级利用技术最新进展

报告嘉宾:尚建选,陕西煤业化工集团有限公司副总经理

新形势下低阶煤分质利用技术方案分析

报告嘉宾:山秀丽,全国工程勘察设计大师,华陆工程科技有限责任公司首席专家

多能融合油化结合助煤化工高质量发展

演讲嘉宾:梁龙虎,中石化洛阳工程有限公司高级专家

煤化工“十四五”高质量发展形势、要点及与新能源耦合发展机遇与挑战

报告嘉宾:石油和化学工业规划院

新能源“源网荷储一体化”发展要点

报告嘉宾:中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司

化工产品市场推广 氢能将要面对的市场推广问题——储氢瓶篇

新能源发展趋势及并网消纳

报告嘉宾:冯炜,国电南瑞电气控制分公司,副总经理,研究员级高工

绿氢、绿氨、绿醇作为能源行业脱碳途径的技术要点与发展前景

报告嘉宾:石油和化学工业规划院

煤基环氧树脂产业链创新发展项目分享

报告专家:榆林项目或中科院大连化物所(落实中)

提质煤(兰炭)干式熄焦的技术研究进展

报告嘉宾:孟庆波,中钢集团鞍山热能研究院副院长

中低温煤焦油加氢生产特种燃料油的技术与实践

演讲嘉宾:杨占彪,陕煤化集团神木富油能源科技有限公司总经理

哈密煤炭分级转化制高质液体燃料技术

演讲嘉宾:郭强,中科合成油技术有限公司副总工程师

煤焦油加氢组合工艺技术生产煤基特种燃料技术开发

报告嘉宾:邓文安,中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室教授

新奥新型煤气化气技术创新与产业化实践

报告嘉宾:周三,新奥科技发展有限公司煤气化中心总经理

二氧化碳捕集与转化利用技术

报告嘉宾:吴路平,西南化工研究设计院有限公司工程公司副总工程师

新形势下兰炭行业废水零排放的研究与思考

报告嘉宾:盛宇星,中科院过程工程研究所、北京赛科康仑环保科技有限公司副研究员

上海浦名煤气化技术(SPET)在哈密高新区化工新材料项目上的应用

报告嘉宾:魏建超,上海浦名能源科技有限公司总监

GF低阶煤热解制富氢煤气技术进展

报告嘉宾:张旭辉,北京国电富通科技发展有限责任公司技术总监

SJ–V型煤炭中低温干馏装置简介

报告嘉宾:尚敏,神木三江煤化工有限公司技术总监

西部干旱煤矿区生态修复关键技术与应用模式

报告嘉宾:毕银丽,中国矿业大学(北京)教授

立足煤炭资源 发展甲醇汽车 保障能源安全 实现碳中和

报告嘉宾:金先扬,吉利汽车资深总工程师

高端对话一:(碳达峰、碳中和形势下的哈密市现代煤化工产业发展)

专家:刘中民,李灿、彭苏萍,吴吟,房倚天、尚建选,孙启文、林彬彬,山秀丽,梁龙虎,张绍强,刘志学,哈密市及伊吾县领导

对话二:(哈密重点项目进展与方案 )

嘉宾:国家能源化工公司王建立,中石化何祚云、陕煤化尚建选,山东能源新疆化工尤加强、新疆能源文战和,广汇、疆纳,宣东等

初步日程安排:

1、9月24日全天报到,“伊吾会场”参会代表安排接站晚宿伊吾县,“哈密市区会场”参会代表大巴接至哈密宾馆。

2、9月25日

(1)当天上午:“伊吾县会场”会议代表参观调研伊吾县伊吾工业园区,并在园区召开专题座谈会,午饭后返回伊吾县城。

(2)当天上午同期:“哈密市区会场”召开“投融资和技术装备交流对接会”。

(3)下午:16:00 开幕式及院士报告会(伊吾县为线下会场,哈密会场同步直播)① 领导致辞; ② 院士专家主旨报告 ; ③“高端对话”,主要领导+院士+知名专家(主题为:碳达峰、碳中和形势下的哈密市现代煤化工产业发展); ④ 招商推介及签约仪式;

3、9月26日全天会议(哈密会场为线下会场)

4、9月27日,哈密会场参会人员赴伊吾县伊吾工业园区调研考察,晚宿伊吾县或淖毛湖镇,参观代表性煤炭深加工园区和典型企业,参观典型新能源企业。

5、9月28日,早餐后大巴送至哈密机场或火车站。

关于哈密

哈密集丰富的煤炭、油气、风能、光能等能源资源于一地,能源富集且多样化,是全疆乃至全国传统能源(煤炭)与可再生能源(风、光)组合开发条件最为优越的地区之一。

哈密熔盐塔式50兆瓦光热发电站全景

据了解,哈密市煤炭预测资源量5708亿吨,占全国预测资源量的12.5%,占新疆预测资源量的31.7%,居全疆第一位,具有低灰、低硫、低磷、高热值、高含油率、高挥发分“三低三高”特点,特别是三塘湖、淖毛湖矿区已探明的煤炭资源中大部分为高含油煤,各煤层煤焦油产率平均达10%以上,最高接近20%,是全国乃至全世界罕有的富油煤种,风能、太阳能资源是全疆最好的地区。油气资源储量大,已探明的6个含油区块石油总资源量5.7亿吨,煤层气预测资源量约1.63万亿立方米,页岩气预测资源量约2770亿立方米、油页岩资源预测资源量约41亿吨,被自然资源部确认为亿吨级油田。哈密是全国风资源和光资源最好的地区之一,有全疆九大风区中的三塘湖—淖毛湖风区、十三间房风区及东南部风区,哈密市70米高度风功率密度等级≥每平方米200瓦、≥每平方米250瓦、≥每平方米300瓦和≥每平方米400瓦的技术开发量分别为3.03亿千瓦、2.44亿千瓦、1.9524亿千瓦和1.3亿千瓦;太阳能资源理论蕴藏量22.6万亿千瓦时,资源可开发量达49.38亿千瓦,技术可开发量达32.09亿千瓦,被国家确定为以千万千瓦级风电、百万千瓦级光伏发电示范基地为主的国家级综合能源基地。哈密辖区内新能源建设区域多为荒漠、戈壁地貌,地势平坦,适合大规模基地式集中连片开发建设,具备建设荒漠、戈壁大型风光电基地的土地资源优势。在“碳达峰、碳中和”战略引领下,哈密能源产业发展迎来了历史性机遇。

关于伊吾

伊吾县位于新疆东北部,天山北麓东段,总面积19519平方千米,户籍人口21218人,有汉族、维吾尔族、哈萨克族等17个民族。下辖4乡3镇1个牧民搬迁开发区、1个自治区级工业园区。辖区内有兵团淖毛湖农场、边防连等十余家驻地单位和部队。先后被国家、自治区评为“全国民族团结进步创建活动示范县”“国家卫生县城”“国家级园林县城”“自治区级优秀平安县”“自治区级生态文明建设示范县”“自治区文明县”等称号。

伊吾县矿产资源十分丰富,现已探明矿产资源有煤、铁、铜、金、煤、石油、芒硝、花岗岩等28种四十余处矿产地,开发利用的有石油、铁、煤、金等。风、光能资源十分丰富,伊吾淖毛湖风区90米高度平均风速7.41m/s-8.49m/s,风功率密度在741-1196瓦/平方米,是新疆风资源最好的地区。光伏规划区年均日照大于6h的天数在300天左右,全年日照时数为3300至3500小时,年平均太阳总辐射量为6214.66兆焦/平方米,是全国太阳能资源最为优越的地区之一,开发利用潜力大。其中,煤炭资源储量大、品种多、易开采,具有低硫、低磷、低灰粉、高发热量“三低一高”的特点,焦油产率在10%以上,最高可达16.3%,是全国乃至全世界罕有的富油煤种,是煤炭深加工项目的理想原料。已探明煤炭资源储量241.5亿吨,矿区总规修编后,矿井田由6个增加至15个,煤炭规划产能由2900万吨/年提高到1.43亿吨/年,目前已建成煤矿企业2家。

伊吾工业园区规划面积20平方公里,于2016年建成自治区级园区,已建成面积21.23平方公里,2018、2019、2020年度连续三年在全疆开发区土地集约利用评价中名列第一,是哈密现代能源与化工产业示范区发展的重要支撑和承载平台,实行以煤炭清洁高效利用为主的淖毛湖煤化工循环经济产业区、白石湖煤炭高效综合利用产业区和以有机农副产品深加工为重点的盐池特色农产品产业区,“一园三区”发展格局。近年来,围绕煤炭分级分质利用和煤制甲醇两条产业链,不断延伸产业链条。煤炭分质利用已建成1930万吨/年,在建3100万吨/年;焦油加氢已建成110万吨/年,年可产汽柴油100余万吨,在建100万吨/年;利用富产的荒煤气建成制乙二醇40万吨/年、发电4×5万千瓦机组及2×13.5万千瓦机组等项目,规划建设荒煤气制乙二醇、甲醇、甲缩醛、发电等产业延长项目。煤制甲醇产业链中,已建成甲醇120万吨/年、甲缩醛15万吨/年、多聚甲醛4万吨/年、乌洛托品2万吨/年、聚丙烯20万吨/年项目;“十四五”规划建设300万吨/年二氧化碳捕集及驱油示范项目、年产50万吨聚乙醇酸项目、风光互补联合制氢捕集二氧化碳合成绿色高值化学品项目、百万千瓦风光多能互补绿色低碳高值煤基化学品新材料项目、400万吨/年煤油共炼项目,发展甲醇制聚烯烃、MMA等产业延长精细化工项目。

伊吾原始胡杨林

伊吾胡杨林是世界仅存的三片胡杨林之一,面积达47.6万亩。伊吾原始胡杨林位于新疆维吾尔自治区哈密市伊吾县淖毛湖镇东10公里处,是中国境内分布最为集中的胡杨林。

胡杨,又叫梧桐,因为一颗胡杨树上可长出五、六种不同形状、不同大小的叶子,胡杨又叫异叶树。(长出五、六种树叶是为适应环境,越向上,树叶越小,是为了减少水分的蒸发)。胡杨是一种生命力极顽强的原始树种,有沙漠勇士之称。走进胡杨林生态园,扑面而来是一种原始气息,会让你感受到一种原始生命的律动。那磅礴的气势,向你展示着不屈不挠的精神,那鬼斧神工般的形态,更使你感到大自然的壮美。千百年来,它们以顽强的意志抗击着大自然的侵蚀。让人惊叹的是,这些铁骨铮铮的数干,形状千姿百态,有的如纤纤少女,有的像骏马扬蹄,有的像小象憨态喜人,有的像小鸟嗷嗷待哺。简直就是一座天然艺术宫殿。有诗中写到:“矮如龙蛇数变形,蹲如雄虎踞高岗,喜如神狐露九尾,狞如夜叉牙爪张。”胡杨林之美,由此诗可略见一斑。

伊吾胡杨能生长在盐泽较多、较高的土壤上,是因为胡杨的细胞透水性较强,从主根、侧根、树皮到叶片都能吸收很多的盐分,并能通过茎、叶的泌腺排泄盐分,当体内盐分积累过多时,便从树干的结疤和裂口处将多余的盐分自动排泄出去,形成淡黄色的块状结晶,称“胡杨泪”,又称“胡杨碱”。

伊吾县淖毛湖的胡杨面对的考验和遭受的磨难比世界上任何地方的胡杨都要多得多。经受盐碱的浸渍腌泡,不管碱壤有多硬多厚,它的根须总是深深地扎在碱壤之下,与苦涩和烧灼进行着殊死的较量。在烈日似火吐气可燃的茫茫旷野中,百草万木无不抽搐颤抖蜷曲失色,唯胡杨树依然从容乔立绿荫婆娑。伊吾胡杨在千丈狂飙万里恶风中千回万回地厮杀拼搏,用自己的躯体抵御着肆虐的风沙。尽管血渍斑斑伤痕累累,风沙退去,依旧精神抖擞泰然挺立。由于生长的艰辛,伊吾胡杨造型千奇百怪,深入其中仿沸进入了抽象艺术的殿堂,让你留恋往返,专家称伊吾胡杨是地球上树干造型最独特的胡杨, 是地球上树龄最高的胡杨, 是地球上离城市最近的胡杨,景区内分三个区域向人们展示胡杨一千年的生活,三千年的历史,六千年的沧桑.其中有六人合而不抱的大树,四千年不死的树精,六千年不倒的树怪,这就是伊吾胡杨。

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