天然氣摻氫被認為是實現(xiàn)節(jié)能減排和規(guī)模氫能運輸?shù)闹匾侄?，但記者近日通過采訪調(diào)查了解到，這一技術(shù)路線仍面臨著高成本、高風險以及大眾認知度低等因素的制約。

節(jié)能環(huán)保效益顯著

近年來，天然氣摻氫逐漸成為氫能領(lǐng)域研究熱點，我國多個城市的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中都特別提及了天然氣摻氫。

業(yè)內(nèi)專家表示，要想做好天然氣摻氫，有兩個基本問題需要厘清，第一為什么要摻，第二怎么摻。

據(jù)了解，摻氫天然氣可用于天然氣內(nèi)燃機或作為日常燃料直接使用。將氫氣與天然氣按一定比例混合而得到的代用氣體燃料，是“淺氫燃料”的一種。“由于氫氣具有燃燒速度快、燃燒界限寬、比熱值小、淬熄長度長等特點，天然氣中摻入氫氣可以改變天然氣的燃燒特性，減少其燃燒量。”氫云鏈氫能產(chǎn)業(yè)分析師楊東川解釋說。

而當摻氫天然氣用于內(nèi)燃機時，還能產(chǎn)生顯著的節(jié)能環(huán)保效益。清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室博士生導師馬凡華給記者算了一筆賬：假如在天然氣當中摻入20%體積比的氫氣，燃燒后氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氫都可降低50%以上。從燃料特性來講，摻氫天然氣是一種環(huán)保的燃料。

另外，根據(jù)測試，當內(nèi)燃機在稀薄燃燒排放綜合測試循環(huán)工況下，采用天然氣摻氫可節(jié)能7%-10%。國六天然氣發(fā)動機采用摻氫燃料，在典型工況下效率可提升5%-14%，所有排放指標則降低30%以上。

摻氫比例講究多

雖然天然氣摻氫具有節(jié)能環(huán)保效益，但是怎么摻?jīng)Q定著最終的效果。其中，摻氫比例是關(guān)鍵。

西安交大教授劉銀河認為，日常天然氣摻氫的極限，取決于天然氣管道的適用性。“在現(xiàn)有的民用或工業(yè)天然氣管道摻氫，受管道本身的影響，最多只能摻3%的氫，一旦超過3%，就有發(fā)生‘氫脆’的風險。”

楊東川認為，實驗過程中，在天然氣管道運輸氫的場景下，摻入17%以內(nèi)的氫氣不會對管道產(chǎn)生影響；當天然氣作為交通燃料和工業(yè)爐燃料時，摻入20%氫氣能達到國IV要求。

在車用內(nèi)燃機領(lǐng)域，國內(nèi)做了大量的天然氣摻氫比對研究，發(fā)現(xiàn)天然氣摻氫后，發(fā)動機的動力性能并不會降低。“基于這一前提，20%的摻氫比例最佳，但是，這不是一個絕對數(shù)。目前認為，車用內(nèi)燃機的燃料摻氫比例區(qū)間為15%-25%。”馬凡華說。

馬凡華解釋稱，事實上，摻氫比例需要根據(jù)發(fā)動機負荷轉(zhuǎn)速的變化來調(diào)整，從而實現(xiàn)發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放指標的綜合最優(yōu)。

缺乏理化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

作為一種新型混合燃料，摻氫天然氣缺乏理化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，仍處于“摸著石頭過河”的探索階段。

楊東川指出，目前，國內(nèi)于天然氣管網(wǎng)摻氫的范例極少。由于氫氣介質(zhì)的特殊性，其面臨的問題十分突出。在技術(shù)方面，需加強管道材料與摻氫天然氣的相容性，充分考慮摻氫引起的泄漏速率加快、可燃范圍增大及燃燒速率加快等因素，還需全面研究摻氫天然氣的泄漏與燃燒爆炸等問題。

針對天然氣摻氫在內(nèi)燃機上的應(yīng)用，馬凡華認為，雖然目前天然氣摻氫并不適用于燃料電池汽車系統(tǒng)，但有必要將天然氣摻氫的內(nèi)燃機研發(fā)、車用發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈示范等列入“十四五”重點研究計劃中。這將有助于實現(xiàn)氫能汽車燃料動力系統(tǒng)和燃料的多元化，而不僅僅是局限于質(zhì)子交換膜氫燃料電池系統(tǒng)。