全新的燃料電池用氫國(guó)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(kāi)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(yǔ)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(guó)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(guó)運(yùn)營(yíng)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(guò)多，可能會(huì)給燃料電池帶來(lái)不可逆的物理性損害。

佳安氫源科技有限公司營(yíng)銷部總監(jiān)李想認(rèn)為，新標(biāo)準(zhǔn)頒布之前，我國(guó)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(gè)九（99.999%）的高純氫，如果雜質(zhì)超標(biāo)，照樣會(huì)對(duì)習(xí)慣吃細(xì)糧的燃料電池帶來(lái)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(duì)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(huì)對(duì)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(méi)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(wèn)：目前，氫燃料行業(yè)發(fā)展面臨哪些問(wèn)題？

李想：燃料氫主要存在三個(gè)問(wèn)題。

一是氫氣品質(zhì)不夠“高”：氫燃料電池對(duì)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(bào)廢。

而目前我國(guó)絕大部分氫氣來(lái)源于化石能源，因此氫的純度和品質(zhì)不夠高。

二是氫氣價(jià)格不夠“低”：目前我國(guó)加氫站經(jīng)營(yíng)的氫氣，價(jià)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(guó)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(guò)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(guó)焦炭產(chǎn)量為4.32億噸，副產(chǎn)氫氣可達(dá)到735萬(wàn)噸，而百萬(wàn)輛燃料電池汽車每年的耗氫量不過(guò)60萬(wàn)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(duì)外售價(jià)5-8元/kg，焦?fàn)t煤氣的工業(yè)副產(chǎn)氫一般對(duì)外售價(jià)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(wú)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(zhǎng)距離運(yùn)輸，導(dǎo)致氫氣的儲(chǔ)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(chǔ)運(yùn)成本。

問(wèn)：7月1日我國(guó)實(shí)施了燃料電池用氫標(biāo)準(zhǔn)，如何看待這個(gè)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(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，只能參考工業(yè)氫的國(guó)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(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高五倍，對(duì)燃料電池有不可逆的損壞。

工業(yè)氫也沒(méi)有對(duì)硫的含量做要求，硫?qū)θ剂想姵赜绊懯欠浅４蟮模瑢?duì)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(duì)氫氣品質(zhì)的要求

問(wèn)：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(duì)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(chǎng)上銷售的氫氣，大家關(guān)心的是超純氫還是高純氫的問(wèn)題，或者說(shuō)純度是幾個(gè)九，這還是停留在工業(yè)氫標(biāo)準(zhǔn)的思維上，相信隨著時(shí)間的推移和大家開(kāi)始越來(lái)越重視燃料氫的品質(zhì)問(wèn)題，這樣的情況會(huì)改觀。

工業(yè)氫對(duì)硫化物沒(méi)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?、嗅、碘化合物?huì)對(duì)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(duì)燃料電池造成不可逆的物理?yè)p壞，甚至穿孔。

在新國(guó)標(biāo)里，氮?dú)?，氬氣、氦氣含量?duì)于工業(yè)氫影響很大，會(huì)影響其純度。

然而燃料電池里邊，三個(gè)氣體為惰性氣體，對(duì)電極和燃料電池本身沒(méi)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(duì)氫氣品質(zhì)要求的區(qū)別

問(wèn)：目前國(guó)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(guó)內(nèi)燃料電池車用氫來(lái)源分兩類。

一類是水電解制氫，一般不存在雜質(zhì)問(wèn)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(huì)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(wú)法達(dá)到燃料氫的要求。

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

問(wèn)：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(duì)氫氣進(jìn)行有針對(duì)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(duì)燃料電池較為敏感的雜質(zhì)進(jìn)行有針對(duì)性的脫除，來(lái)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(duì)性的對(duì)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(lái)做燃料氫氣提純，效率會(huì)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(guó)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(guò)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(wèn)：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(lái)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(guò)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(guò)MDP提純技術(shù)得到燃料氫，然后通過(guò)長(zhǎng)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(chǎng)景是低壓的氫氣提純。

二是把純化設(shè)備放在加氫站，在長(zhǎng)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(guò)MDP提純技術(shù)對(duì)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(chǎng)景是20MPa的高壓氫氣提純，這樣加氫站甚至都不需要高價(jià)采購(gòu)高純氫了，就近采購(gòu)99.9%的普通工業(yè)氫通過(guò)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(gòu)成本和儲(chǔ)運(yùn)成本。

在氫源端，要考察氫的雜質(zhì)，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)不同方式得到的氫。

如果已經(jīng)是經(jīng)過(guò)粗加工的氫氣，例如三個(gè)九的氫已經(jīng)脫除了很多的雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)我們?cè)O(shè)備進(jìn)行提純，成本會(huì)比較低。

如果前端沒(méi)有三個(gè)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(huì)比較高。