1.為什么會(huì)有氫排放
2.氫氣排放的影響
3.減少氫氣排放的措施
4.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求
1.為什么會(huì)有氫氣排放
氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。在氫燃料電池內(nèi)部，氫氣被供給到陽極，與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生電子和質(zhì)子。電子通過外部電路形成電流，而質(zhì)子則通過電解質(zhì)膜到達(dá)陰極。在陰極，質(zhì)子與氧氣（通常從空氣中獲取）和電子結(jié)合生成水。在這個(gè)過程中，因此，理論上講，燃料電池的主要排放物是水，而不包括氫氣。
但因?yàn)榉磻?yīng)不完全、系統(tǒng)啟停和故障以及尾氣處理等原因，存在氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)向外排放氫氣的可能。
未完全反應(yīng)的氫氣：在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于各種原因（如溫度、濕度、氫氣純度、氣流速度等），燃料電池內(nèi)部的反應(yīng)效率并非100%，部分氫氣未能完全參與反應(yīng)，而是隨尾氣排出。
雖然燃料電池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)包含氫氣循環(huán)機(jī)制，以提高氫氣的利用率。然而，這一機(jī)制并不能保證所有氫氣都被完全利用，因此仍會(huì)有少量氫氣排放。
系統(tǒng)啟停和故障情況：在燃料電池汽車啟動(dòng)、停機(jī)或發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的氫氣壓力可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致部分氫氣被釋放到環(huán)境中。特別是當(dāng)動(dòng)力電池的SOC（荷電狀態(tài)）變化時(shí)，燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)切換（如從熱待機(jī)狀態(tài)切換到發(fā)電狀態(tài)）會(huì)伴隨氫氣的排放。
尾氣處理不完全：為了降低尾氣中的氫氣濃度并提高安全性，燃料電池汽車通常會(huì)采用尾氣處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可能包括氫氣回收裝置、催化燃燒器等，用于將未反應(yīng)的氫氣轉(zhuǎn)化為水或其他無害物質(zhì)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于技術(shù)限制和成本考慮，尾氣處理系統(tǒng)可能無法完全消除氫氣的排放。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺失：部分燃料電池系統(tǒng)可能采用直排無循環(huán)模式（如氫燃料輪船、游艇等），將未反應(yīng)的氫氣直接排放到大氣中，以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和降低成本。然而，這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致氫氣的浪費(fèi)和環(huán)境污染。
2.氫氣排放的影響
在氫燃料電池汽車應(yīng)用中，氫氣泄漏會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。為了維持一定的輸出功率和行駛里程，需要消耗更多的氫氣來補(bǔ)充泄漏的損失，從而增加了燃料消耗和運(yùn)營成本。
氫氣是一種極易燃燒和爆炸的氣體，其爆炸極限范圍非常寬，是4.0%～75.6%（體積濃度），意思是如果氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%～75.6%之間時(shí)，遇火源就會(huì)爆炸。且氫氣燃燒速度快、熱量高。因此，氫氣泄漏后極易引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故，對(duì)人員安全、設(shè)備設(shè)施及環(huán)境造成威脅。
在密閉或通風(fēng)不良的空間內(nèi)，氫氣分子小、重量輕，容易在空氣中擴(kuò)散，氫氣積聚會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。中國大城市的車輛通常都放置在通風(fēng)不良的地下車庫中，一旦發(fā)生泄漏，氫氣會(huì)迅速擴(kuò)散到周圍環(huán)境中，增加事故發(fā)生的可能性和范圍。
3.減少氫氣排放的措施
可以運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法，通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高氫氣純度、控制工作條件、加強(qiáng)尾氣處理等手段來減少氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的氫氣排放。
優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過改進(jìn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、提高反應(yīng)效率以及優(yōu)化氫氣循環(huán)系統(tǒng)等方式，可以減少未完全反應(yīng)的氫氣量。采用更高效的氫氣循環(huán)系統(tǒng)，如再循環(huán)系統(tǒng)、雙引射器系統(tǒng)或引射器與氫氣循環(huán)泵并聯(lián)系統(tǒng)等，可以有效減少未反應(yīng)氫氣的排放并提高氫氣利用率。
提高氫氣純度：通過技術(shù)手段提高進(jìn)入燃料電池的氫氣純度，可以減少因雜質(zhì)影響而導(dǎo)致的反應(yīng)不完全和氫氣排放。
控制工作條件：通過開發(fā)智能控制算法和策略，優(yōu)化燃料電池汽車在不同工況下的運(yùn)行參數(shù)和模式，嚴(yán)格控制燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度等條件，可以減少氫氣的排放并提高系統(tǒng)的整體效率。
加強(qiáng)尾氣處理：采用更高效的尾氣處理技術(shù)和裝置，如更先進(jìn)的催化燃燒器或氫氣回收系統(tǒng)，可以降低尾氣中的氫氣濃度，進(jìn)一步減少氫氣排放并提高燃料電池系統(tǒng)的安全性。
提高安全性能：加強(qiáng)燃料電池汽車的安全監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患和故障情況，以減少因系統(tǒng)異常而導(dǎo)致的氫氣排放。
4.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求
為了規(guī)范氫燃料電池的氫氣排放問題，聯(lián)合國、日本、美國汽車工程師協(xié)會(huì)和我國均已制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。
例如UN ECE R100法規(guī)規(guī)定了M和N類氫燃料電池機(jī)動(dòng)車的氫氣排放測試方法和排放標(biāo)準(zhǔn)，要求5小時(shí)內(nèi)的氫氣排放量應(yīng)低于125 g，或t小時(shí)內(nèi)的氫氣釋放量應(yīng)低于25*t克；在出現(xiàn)故障時(shí)，氫氣排放量應(yīng)低于42 g；此外，這種可能的故障限制在30分鐘內(nèi)。
UN ECE R136法規(guī)規(guī)定了L類氫燃料電池摩托車的氫氣排放測試方法和排放標(biāo)準(zhǔn)，要求5小時(shí)內(nèi)的氫氣排放量應(yīng)低于125 g，或t小時(shí)內(nèi)的氫氣釋放量應(yīng)低于25*t克；在出現(xiàn)故障時(shí)，氫氣排放量應(yīng)低于42 g；此外，這種可能的故障限制在30分鐘內(nèi)。
GB/T 34593-2017《燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)氫氣排放測試方法》規(guī)定了車用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的氫氣排放測試方法，適用于車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有助于促進(jìn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，并減少氫氣排放對(duì)環(huán)境的影響。
GB/T 37154-2018《燃料電池電動(dòng)汽車 整車氫氣排放測試方法》規(guī)定了整車氫氣排放測試的方法，分為怠速熱機(jī)狀態(tài)氫氣排放和循環(huán)工況下熱機(jī)狀態(tài)氫氣排放兩種測試狀態(tài)。
GB/T 24549-2020《燃料電池電動(dòng)汽車 安全要求》明確規(guī)定，怠速熱機(jī)狀態(tài)氫氣排放測試時(shí)，在燃料電池汽車進(jìn)行正常操作（包括啟動(dòng)和停機(jī)）時(shí)，任意連續(xù)3秒內(nèi)的平均氫氣體積濃度必須維持在4%以下，且任何瞬間的氫氣體積濃度峰值不得超過8%。
廣告
廣告 
