在工作以及与网友交流中,发现人们对氢能安全使用存在认知误区。高压、燃烧、爆炸、有毒……,使人不寒而栗。尤其是对日本打造氢能社会,分布式制氢、燃料电池入户深表担忧。本文旨在消除人们对氢能安全性的认知误区。
“氢=爆炸”吗?
为什么人们一提到氢气便会立即与“危险、爆炸”联想在一起呢?原因是人们被氢弹爆炸的威力吓坏了。事实上,氢弹爆炸的威力不是氢的核聚变。其毁灭性能量都是来自于铀的核裂变,需要由原子弹的核裂变产生的超高温来引发核聚变反应。
氢燃料被误解为“有强大爆炸危险”之根源在于,两大物理性质给人们的震撼力。一是烧范围具大;二是点火能量极小。
燃烧范围是物质与空气混合的程度和点火后的燃烧速度。当氢气与4%至75%的空气混合时,才会变成可燃烧气体。同时需要给予一定静电点火能量,添加到符合可燃气体条件时才会燃烧。相反,如果上述两个条件不重叠,则不会发生燃烧和爆炸。
需要补充说明的是,氢气燃点(自燃点火温度)为527℃。也就是说,氢气在空气点燃的火种温度只有达到527℃才会燃烧,否则是不能点燃氢气并使之燃烧的。
“氢=易燃”吗?
氢气极易迅速扩散,原因是比汽油和空气的比重更轻。前面提到,只有当氢气与空气混合的比例超过4%时,它才能成为可燃烧气体。但是,由于氢与空气的比重为1/14,高度扩散性决定其在开窗或户外等开放空间中,其浓度很难达到4%及其以上,而只是更低、更安全,很难达到被点燃的条件。况且,火种只要低于527℃便不能将其点燃。
图1氢燃料罐管路泄露后的点火试验
图1所做的试验是,氢燃料罐管路泄露,即点燃也不会引起气罐爆炸。原因在于它氢气压力高、比重低、扩散快,并且需要不断接触空气,并与空气混合后才能燃烧。因而,即使管路起火也不必担心引起气罐爆炸。
图2 氢燃料与汽油车的点火燃烧试验
图2显示了氢燃料汽车(左)和汽油车(右)的燃料箱,通过破坏性点燃方式所获得的经验。
对于氢燃料汽车,由于氢气比空气轻,点燃泄漏氢气与空气的混合气后,火焰会高出燃料出口,形成上升式燃烧之后再消失,不会殃及汽车其他部位。
对于汽油燃料汽车,由于汽油比空气重,且燃点低、燃烧时间长,点燃后会迅速引燃轮胎和车身,扑救不及时还会造成油箱爆炸。
对比试验结果证明,氢燃料在使用安全性方面更有优势。
“氢=有毒”吗?
如果一定量的氢气与空气结合,且处于密闭环境中,在完全满足上述燃烧和点燃条件时,才会引起燃烧。不过,氢气本身对人体无害。燃烧的废气仅是蒸汽和少量的氮氧化物,因此不用担心氢气中毒(图5)。
图5 氢燃料生产工厂