每一升氢气都让你倾心——专访中国石化石油化工科学研究院首席专家、教授级高级工程师徐广通

文／本刊记者 郑 丹

中国石化制定国内首套氢源品质分析技术和检测体系。

近日，来自中国石化石油化工科学研究院（简称石科院）的一条消息再次点亮了氢能源汽车发展的预期。

由石科院承担的“质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气质量检测项目”获得国家认监委资质认定（CMA），标志着该院可检测燃料电池车用氢气品质，并向社会出具具有法律效力的分析报告。中国石化由此成为国内首家且目前是唯一获得CMA资质的单位。

石科院首席专家、教授级高级工程师徐广通表示：“高性价比氢气的供应是燃料电池汽车发展的重要基础。建立一套完整的燃料电池车用氢气质量检测体系不仅能为燃料电池氢气质量管控体系的建立和氢气纯化技术的开发提供支撑，也是分析化学学科研究发展的重要内容，更是全球能源技术革命向着多维度、绿色、清洁、低碳方向发展的体现。我国有广泛的氢能资源，预计未来有广阔的市场前景。”

研究具重要价值

中国石油石化：徐教授，您好！在您看来，对氢源品质进行研究的必要性是什么？

徐广通：今天我们所谈及的氢源品质是指氢燃料电池汽车所使用的氢气品质。氢燃料电池的工作原理是氢气在燃料电池内部通过电化学催化转化释放出电能，再通过电能驱动汽车运行。

氢气实际上也是一种化学品，来源多种多样，如石化企业副产氢、煤制氢、轻烃制氢等，其中难免含有一些微量或痕量杂质。为此，在燃料电池用氢气标准中对可能影响电池性能的多种杂质进行了限值，以保障电池高效、长周期的运行。除确定其质量状况能否作为燃料电池使用外，还要研究不同来源氢气中杂质的赋存状态及分布规律以及对燃料电池性能的影响，这些信息对氢气纯化工艺的设计以及燃料电池用氢气质量指标的设计具有重要意义。

目前，对各种不同来源的氢气中杂质的赋存状况尚不清晰，对氢气中的杂质进行分子鉴别并建立杂质的分析方法，以及准确把握不同氢源中杂质的赋存状态，对燃料电池用氢气纯化材料及纯化工艺的设计以及质量控制具有重要的价值。

中国石油石化：燃料电池车用氢气质量检测，对车和燃料电池具有怎样的重要性？

徐广通：与炼厂用氢不同，氢燃料电池用氢除在纯度上提出更高的要求外，更重要的是氢气中痕量杂质的控制，否则将严重影响电池的运行效率和寿命。在石化、煤化领域，氢气主要来源于传统的天然气重整制氢、轻烃制氢、催化重整副产氢及煤制氢等工艺，化石燃料在产氢的过程中不可避免带有CO、CO2、NH3、烃类、硫化物、甲醛、甲酸、惰性气体等杂质，这些微量杂质是影响燃料电池耐久性的主要因素之一，不同氢源中杂质的赋存状态也不尽相同。

因此，需要建立可靠的方法准确定量分析氢源中的痕量关键杂质，并对典型氢源中的杂质组分进行分子鉴别及赋存情况分析，这对燃料级氢气品质体系的建立、纯化技术开发及燃料电池催化剂新材料开发均具有重大意义。

可针对13项杂质进行检测

中国石油石化：通过进行氢源品质分析技术研究，石科院建立了一套检测体系，该体系主要包含哪些内容？

徐广通：该体系的建立以先进性、可靠性、经济性和实用性理念为主导，主要包括四个方面的研究内容。一是关键杂质检测新技术、新方法研究并提出满足FCV 用氢气品质检测的实验室整体解决方案，为实现FCV 氢气品质的全流程管理提供支撑；二是研究开发氢气杂质在线分析技术，为氢气纯化提供技术支撑；三是研究氢气中杂质的赋存形态及其对燃料电池性能的影响，为FCV 用氢气质量体系的研究发展奠定基础；四是作为国家监测中心的一部分向社会提供分析检测服务。目前，课题组承担的国家重点专项、中国石化重点研发项目等系列课题正在为解决氢气品质分析系列问题开展工作。

中国石油石化：采用这套体系，主要可对哪些指标进行分析和检测？

徐广通：参考相关氢气纯度标准及杂质组分分析能力要求，石科院目前已开发实施的氢源品质分析体系包括针对ISO14687 和GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》国际和国家标准中燃料氢气技术指标要求的所有检测项目，即水、总烃、氧、氦、总氮和氩、二氧化碳、一氧化碳、总硫、甲醛、甲酸、氨、总卤化物和最大颗粒物浓度和氢气纯度。此外，对于氢气中关键痕量杂质分析检测，还自主设计了集成化的多组分分析检测系统和方法以建立一套更加完整高效的痕量杂质分析方法 。

支持国内和冬奥会用氢检测

中国石油石化：在您看来，该体系具有怎样的意义？

徐广通：该检测体系的建立对中国石化乃至国内FCV 用氢气质量品质的保障都意义重大。

随着能源结构的逐步调整和转变，氢气也将成为中国石化重要的能源产品，通过建立严格、完善的燃料电池用氢气监测体系，像中国石化提出的“每一滴油都是承诺”一样，我们也将保证加注的每一升氢气的质量都让广大消费者放心。

为响应中国石化开发氢能产业的布局，石科院在开展氢燃料电池、氢气纯化技术研发的同时，于2019 年初着手氢源品质分析实验室的建设和项目组的组建。课题组凭借深厚的学科积淀和扎实的技术基础，解决了系列氢气痕量杂质检测时存在的问题。实验室于2019 年10 月初步建成并投入运行，一些重要分析指标的检测也占据国内外领先地位。

石科院的氢气品质解决方案也将为国内氢源质量检测体系的建立提供支撑和服务。我们正陆续接到全国各地希望提供FCV 用氢气品质检测的需求。随着研究的深入和分析技术水平的提升，我们还将开展国际合作，开展氢源新分析技术的标准化工作，为氢源品质全流程的管控提供支撑，包括为燃料电池车用氢气品质标准中指标的确定提供依据等等。

中国石油石化：这套体系是否会用于中国石化北京冬奥会项目的氢气检测？

徐广通：中国石化集团作为冬奥会官方油气合作伙伴，将为2022 年北京冬奥会氢燃料电池汽车供应充足稳定的氢气保障。届时，氢燃料电池车将作为赛事期间人员出行服务保障用车投入使用。根据政府的需要和中国石化的工作安排，这套体系将为冬奥会氢气品质的检测提供支撑。

今年3 月底，我们的氢源分析团队受燕山石化紧急委托，赶赴燕山石化2022年冬奥会燃料电池车用氢气生产装置现场，为新开工装置生产的氢气进行采样分析，及时完成了氢气品质和装置运行情况的评估。近期，我们又为电解水产氢的品质进行了检测。