陈学东院士:氢脆问题可能被高估,不必“谈氢色变”
2025-02-17 16:18:19 作者:腐蚀与防护 来源:腐蚀与防护 分享至:

 

 

 

2月13日晚,中国工程院院士陈学东在JME学院网络公开课做“我国氢能储运装备技术进展”的报告。

面对1.2万人线上参与者,陈学东院士明确指出,金属常温高压氢脆问题可能被高估,大可不必“谈氢色变”。

氢能,这一未来能源的璀璨新星,已在我国被明确定位为战略性新兴产业。陈学东指出,在规范的设计和操作下,氢能储运装备的安全风险是可控的。当前,氢能产业面临的最大挑战在于如何通过技术的不断迭代创新来降低成本。随着技术的突破和成本的降低,氢能产业的发展前景将更加广阔,为我国能源转型和绿色发展注入新动力。

陈学东院士,合肥通用机械研究院的杰出院长,同时担任中国机械工业集团有限公司党委常委、副总经理及总工程师,以其在压力容器与管道安全工程技术领域的深入研究和实践而闻名。今年1月20日,总理李强主持了一场涵盖专家、企业家及教科文卫体等领域代表的座谈会,旨在收集对《政府工作报告(征求意见稿)》的宝贵意见和建议。在这场重要的会议中,陈学东院士以其专业见解和深刻洞察力被特别邀请参与讨论。


氢脆为什么不是个事儿

氢脆现象,即金属材料在吸收氢原子后机械性能的衰减,通常表现为韧性的减弱和脆性的增加,严重时甚至可能导致材料在未达到设计负荷的情况下突然断裂。

形象地说,氢分子分解成原子后,渗透进金属的微观裂缝中,在受到拉伸或压力等外力作用时,促使金属产生裂纹甚至断裂。尽管高温高压环境下的临氢设备让人们对常温高压下的金属氢脆问题心存忧虑,但陈学东院士基于广泛的研究和实践指出,在200℃以下、35MPa以下的氢环境中,金属氢脆的风险并不显著,尤其在室温条件下几乎无影响。

他以合肥通用机械研究院为例,该院的石化装置中大量压力容器和管道在这些条件下安全运行超过40年。此外,合肥通用院还对Q345R、30CrMo、X80等常用于压力容器与管道的钢材进行了系列试验,包括常温高压充氢、慢应变速率拉伸以及WOL试样氢致开裂应力强度因子门槛值测试等。

比如常温高压、超高压充氢实验情况如下:

常温35MPa氢环境:氢几乎无法渗透进入Q345R、30CrMo、X80钢

常温70MPa氢环境:氢仍然难以渗透进入Q345R、30CrMo、X80钢,最大氢浓度增加0.16ppm30CrMo.

常温110MPa氢环境:氢少量进入30CrMo钢(增加0.40ppm),但仍难进入Q345R、X80钢(增加0.04~0.11ppm)

其他两种实验均无大的影响。因此,以上三种实验结论是:

常温、35MPa氢环境:对金属材料服役性能无明显影响

常温、70MPa氢环境:对金属材料服役性能影响不大

常温、110MPa氢环境:对金属材料服役性能影响可以接受

陈学东院士认为,需进一步发展金属氢脆微观表征与模拟计算方法,探寻金属常温高压氢脆的压力“拐点”。

至于常温超高压或常温高压高流速储氢条件下,氢脆临界压力也有待进一步研究。

 


据了解,这并非陈学东院士首次在公开场合就氢脆问题发声。在此前的《财经》年会演讲和《前瞻科技》杂志发表的文章中,他都曾就这一问题进行过深入阐述。相关信息如下:


《财经》年会:常温下氢脆问题不是很明显


2023年11月22日,陈学东院士在“《财经》年会2024;预测与战略”进行演讲,其中关于氢脆方面内容如下:

金属材料在氢的环境下有可能引起材料脆化,导致韧性降低发生破坏。在常温中低压下氢气分子很难变成氢原子,只有原子氢才能进入金属内部,但是分子氢转化为原子氢是需要一定条件的。常温下氢脆问题不是很明显,但是交变载荷下疲劳问题是存在的。

中石化从内蒙古到北京的燕山拟建设一条400公里的纯氢输送管道,压力不超过10MPa,温度是常温,不构成氢脆的问题。掺氢的管道,往天然气加15%~30%的氢气,相当于碳减排,在终端如把氢分离出来用于燃料电池,还是要耗能的。


《前瞻科技》:氢脆影响被过度扩大化


2024年,《前瞻科技》杂志发表了陈学东院士一篇题为《氢能储运技术发展挑战及对策》文章。该文同样指出,金属常温高压氢脆问题可能被高估,导致压力容器与管道选材及建造要求被盲目提升、经济性差,从业者与公众往往谈氢色变。

国内外石油化工领域研究和工程实践表明,常温中高压氢环境不易导致压力容器与管道用碳钢、低合金钢等金属材料氢脆。部分学者研究常温高压氢脆的试验环境与实际偏差过大,使得金属常温氢脆影响被过度扩大化,不利于氢能储运压力容器与管道等技术装备发展。

图:陈学东院士在前瞻科技杂志发表文章


氢能储运技术路线选择

陈学东院士预测,我国在储氢技术领域将取得重大突破:2025年实现高压储氢技术,2030年攻克液态和固态储氢难题,到2035年实现多元化储氢产业链的自主可控。对于当前热议的氢能储运氨-氢路线和甲醇路线,陈院士表示技术实现并非难事,但需深入分析其经济性、安全性和碳减排潜力。他特别指出,这两种路线更适合氢能的远洋国际运输。至于车载燃料气瓶,陈院士认为无需频繁定期检验,实时监控泄漏即可确保安全。


2025输氢管道的元年?

 

输氢管道项目建设提上2025日程

2025年1月14日,《关于北京市2024年国民经济和社会发展计划执行情况与2025年国民经济和社会发展计划(草案)的报告》提请北京市十六届人大三次会议审议。报告提出,支持未来科学城能源谷、大兴国际氢能示范区建设,力争开工乌兰察布—燕山石化输氢管道项目,累计建成24座加氢站。外调绿电规模力争达到400亿千瓦时。建设房山新型储能示范产业园和氢能产业低碳园。

2025年1月21日,内蒙古自治区人民政府主席王莉霞在自治区第十四届人民代表大会第三次会议上作政府工作报告。为巩固新能源产业的领先地位,自治区将加快推进氢能产业的发展。报告提出,建设乌兰察布至燕山石化输氢管道、赤峰至锦州港至上海绿氢走廊,并开展锡林郭勒至曹妃甸输氢管道的前期工作。

2024年4月,河南省郑州市人民政府发布《关于印发郑州市氢能产业发展中长期规划(2024—2035年)的通知》,文件提出,到2025年,布局加氢站200座,其中制加氢一体站10座,开展管道掺氢试点,规划1条纯氢管道。

随着全球对清洁能源的需求不断增长,氢能作为一种具有巨大潜力的清洁能源,其运输和储存问题日益受到关注。管道输氢作为一种重要的氢气运输方式,在当前的能源格局中扮演着关键角色。

来源: 材料学网  碳索氢储 世界氢能产业博览会

 

 

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