2月13日晚,中國工程院院士陳學東在JME學院網絡公開課做“我國氫能儲運裝備技術進展”的報告。 面對1.2萬人線上參與者,陳學東院士明確指出,金屬常溫高壓氫脆問題可能被高估,大可不必“談氫色變”。 氫能,這一未來能源的璀璨新星,已在我國被明確定位為戰略性新興產業。陳學東指出,在規范的設計和操作下,氫能儲運裝備的安全風險是可控的。當前,氫能產業面臨的最大挑戰在于如何通過技術的不斷迭代創新來降低成本。隨著技術的突破和成本的降低,氫能產業的發展前景將更加廣闊,為我國能源轉型和綠色發展注入新動力。 陳學東院士,合肥通用機械研究院的杰出院長,同時擔任中國機械工業集團有限公司黨委常委、副總經理及總工程師,以其在壓力容器與管道安全工程技術領域的深入研究和實踐而聞名。今年1月20日,總理李強主持了一場涵蓋專家、企業家及教科文衛體等領域代表的座談會,旨在收集對《政府工作報告(征求意見稿)》的寶貴意見和建議。在這場重要的會議中,陳學東院士以其專業見解和深刻洞察力被特別邀請參與討論。 氫脆為什么不是個事兒 氫脆現象,即金屬材料在吸收氫原子后機械性能的衰減,通常表現為韌性的減弱和脆性的增加,嚴重時甚至可能導致材料在未達到設計負荷的情況下突然斷裂。 形象地說,氫分子分解成原子后,滲透進金屬的微觀裂縫中,在受到拉伸或壓力等外力作用時,促使金屬產生裂紋甚至斷裂。盡管高溫高壓環境下的臨氫設備讓人們對常溫高壓下的金屬氫脆問題心存憂慮,但陳學東院士基于廣泛的研究和實踐指出,在200℃以下、35MPa以下的氫環境中,金屬氫脆的風險并不顯著,尤其在室溫條件下幾乎無影響。 他以合肥通用機械研究院為例,該院的石化裝置中大量壓力容器和管道在這些條件下安全運行超過40年。此外,合肥通用院還對Q345R、30CrMo、X80等常用于壓力容器與管道的鋼材進行了系列試驗,包括常溫高壓充氫、慢應變速率拉伸以及WOL試樣氫致開裂應力強度因子門檻值測試等。 比如常溫高壓、超高壓充氫實驗情況如下: 常溫35MPa氫環境:氫幾乎無法滲透進入Q345R、30CrMo、X80鋼 常溫70MPa氫環境:氫仍然難以滲透進入Q345R、30CrMo、X80鋼,最大氫濃度增加0.16ppm30CrMo. 常溫110MPa氫環境:氫少量進入30CrMo鋼(增加0.40ppm),但仍難進入Q345R、X80鋼(增加0.04~0.11ppm) 其他兩種實驗均無大的影響。因此,以上三種實驗結論是: 常溫、35MPa氫環境:對金屬材料服役性能無明顯影響 常溫、70MPa氫環境:對金屬材料服役性能影響不大 常溫、110MPa氫環境:對金屬材料服役性能影響可以接受 陳學東院士認為,需進一步發展金屬氫脆微觀表征與模擬計算方法,探尋金屬常溫高壓氫脆的壓力“拐點”。 至于常溫超高壓或常溫高壓高流速儲氫條件下,氫脆臨界壓力也有待進一步研究。 據了解,這并非陳學東院士首次在公開場合就氫脆問題發聲。在此前的《財經》年會演講和《前瞻科技》雜志發表的文章中,他都曾就這一問題進行過深入闡述。相關信息如下: 《財經》年會:常溫下氫脆問題不是很明顯 2023年11月22日,陳學東院士在“《財經》年會2024;預測與戰略”進行演講,其中關于氫脆方面內容如下: 金屬材料在氫的環境下有可能引起材料脆化,導致韌性降低發生破壞。在常溫中低壓下氫氣分子很難變成氫原子,只有原子氫才能進入金屬內部,但是分子氫轉化為原子氫是需要一定條件的。常溫下氫脆問題不是很明顯,但是交變載荷下疲勞問題是存在的。 中石化從內蒙古到北京的燕山擬建設一條400公里的純氫輸送管道,壓力不超過10MPa,溫度是常溫,不構成氫脆的問題。摻氫的管道,往天然氣加15%~30%的氫氣,相當于碳減排,在終端如把氫分離出來用于燃料電池,還是要耗能的。 《前瞻科技》:氫脆影響被過度擴大化 2024年,《前瞻科技》雜志發表了陳學東院士一篇題為《氫能儲運技術發展挑戰及對策》文章。該文同樣指出,金屬常溫高壓氫脆問題可能被高估,導致壓力容器與管道選材及建造要求被盲目提升、經濟性差,從業者與公眾往往談氫色變。 國內外石油化工領域研究和工程實踐表明,常溫中高壓氫環境不易導致壓力容器與管道用碳鋼、低合金鋼等金屬材料氫脆。部分學者研究常溫高壓氫脆的試驗環境與實際偏差過大,使得金屬常溫氫脆影響被過度擴大化,不利于氫能儲運壓力容器與管道等技術裝備發展。 圖:陳學東院士在前瞻科技雜志發表文章 氫能儲運技術路線選擇 陳學東院士預測,我國在儲氫技術領域將取得重大突破:2025年實現高壓儲氫技術,2030年攻克液態和固態儲氫難題,到2035年實現多元化儲氫產業鏈的自主可控。對于當前熱議的氫能儲運氨-氫路線和甲醇路線,陳院士表示技術實現并非難事,但需深入分析其經濟性、安全性和碳減排潛力。他特別指出,這兩種路線更適合氫能的遠洋國際運輸。至于車載燃料氣瓶,陳院士認為無需頻繁定期檢驗,實時監控泄漏即可確保安全。 2025輸氫管道的元年? 輸氫管道項目建設提上2025日程 2025年1月14日,《關于北京市2024年國民經濟和社會發展計劃執行情況與2025年國民經濟和社會發展計劃(草案)的報告》提請北京市十六屆人大三次會議審議。報告提出,支持未來科學城能源谷、大興國際氫能示范區建設,力爭開工烏蘭察布—燕山石化輸氫管道項目,累計建成24座加氫站。外調綠電規模力爭達到400億千瓦時。建設房山新型儲能示范產業園和氫能產業低碳園。 2025年1月21日,內蒙古自治區人民政府主席王莉霞在自治區第十四屆人民代表大會第三次會議上作政府工作報告。為鞏固新能源產業的領先地位,自治區將加快推進氫能產業的發展。報告提出,建設烏蘭察布至燕山石化輸氫管道、赤峰至錦州港至上海綠氫走廊,并開展錫林郭勒至曹妃甸輸氫管道的前期工作。 2024年4月,河南省鄭州市人民政府發布《關于印發鄭州市氫能產業發展中長期規劃(2024—2035年)的通知》,文件提出,到2025年,布局加氫站200座,其中制加氫一體站10座,開展管道摻氫試點,規劃1條純氫管道。 隨著全球對清潔能源的需求不斷增長,氫能作為一種具有巨大潛力的清潔能源,其運輸和儲存問題日益受到關注。管道輸氫作為一種重要的氫氣運輸方式,在當前的能源格局中扮演著關鍵角色。 來源: 材料學網 碳索氫儲 世界氫能產業博覽會
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