氫氣和天然氣、汽油蒸汽一樣具有一定的危險(xiǎn)性，只要按照安全標(biāo)準(zhǔn)操作，氫氣是一種比天然氣、汽油更為安全的氣體能源。目前氫燃料電池安全技術(shù)成熟，加拿大巴拉德、日本豐田、美國普拉格等國外企業(yè)多年產(chǎn)業(yè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)表明，氫燃料電池安全技術(shù)有保障，國內(nèi)企業(yè)缺乏安全意識，不執(zhí)行安全操作標(biāo)準(zhǔn)、管理混亂、偷工減料，才是引發(fā)燃料電池洗車安全事故的最大隱患。

氫燃料安全嗎？張家口市“11·28”爆燃事故迅速將媒體注意力聚焦到“氫燃料安全”問題。若全社會消費(fèi)者對“氫燃料安全”的認(rèn)識不夠，必將阻礙我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展大戰(zhàn)略。針對“氫燃料引發(fā)爆燃事故”傳聞，各大媒體紛紛發(fā)文澄清誤解，向社會科普氫氣和天然氣、汽油蒸汽一樣有一定的危險(xiǎn)性，在安全規(guī)范條件下使用，氫氣是一種安全的氣體能源，而管理混亂和不按照安全規(guī)范操作才是引發(fā)大多數(shù)安全事故的主因。

12月2日，國務(wù)院安委會辦公室、應(yīng)急管理部門正式發(fā)布官方報(bào)告，“經(jīng)初步調(diào)查，事故直接原因是：中國化工集團(tuán)公司所屬的河北盛華化工有限公司氯乙烯氣柜發(fā)生泄漏，泄漏的氯乙烯擴(kuò)散到廠區(qū)外公路上，遇明火發(fā)生爆燃，導(dǎo)致停放公路兩側(cè)等候卸貨車輛的司機(jī)等人員大量傷亡。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)安全生產(chǎn)管理十分混亂。”可見，了解燃料電池汽車安全技術(shù)，提高行業(yè)安全管理水平，是目前國內(nèi)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)成功落地的前提。

氫燃料比汽油更安全

氫是易燃易爆化學(xué)危險(xiǎn)品，但氫燃料電池汽車本身是安全的。事實(shí)上，讓人談氫色變的“興登堡空難“是對氫氣使用不當(dāng)，加上極端外部環(huán)境變化造成的，就像鐵達(dá)尼號撞上冰山，屬于小概率事件。

從化學(xué)特性來講，氫燃料比汽油更安全。如表1所示，（1）當(dāng)氫氣在空氣中的體積密度達(dá)到18.3%時(shí)遇到火源會爆炸，相比之下天然氣5.7%、汽油蒸汽1.1%的臨界點(diǎn)要高（2）氫氣密度僅是空氣的7%，擴(kuò)散速度快（高壓氫氣和液氫的逃逸速度更快），底層空氣中很難聚集高濃度的氫，因此很難達(dá)到爆炸的臨界點(diǎn)。豐田的試驗(yàn)表明，即使子彈擊穿了儲氫罐，由于氫氣快速逃逸，并不會發(fā)生爆炸。

但氫氣也并非完全沒有危險(xiǎn)，氫氣有爆炸范圍更大，燃燒時(shí)產(chǎn)生的火焰幾乎不可見，無味無形等特點(diǎn)，因此主要安全問題在于防止氫氣泄露。基于這個(gè)特性，衣寶廉潔院士曾經(jīng)建議將氫燃料電池汽車停放在戶外最安全。所以，在做好了防止氫氣泄露的措施之后，氫燃料電池汽車比電動車、燃油車的安全性更好，這個(gè)技術(shù)成熟，難度也不高，只需要在生產(chǎn)、使用過程中嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行就可以避免常規(guī)的安全事故發(fā)生。

如何保障燃料電池汽車安全？

燃料電池汽車安全性主要是車載氫系統(tǒng)的安全，包括高壓儲氫罐、供氫系統(tǒng)和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。本文從材料選擇、氫泄漏監(jiān)測、防靜電、防爆和阻燃等五個(gè)角度重點(diǎn)說明如何在技術(shù)層面保障燃料電池汽車的安全。

1、材料選擇

車載高壓儲氫瓶一般選擇鋁合金或復(fù)合材料來避免氫脆的發(fā)生。如豐田Mirai的儲氫罐由三層結(jié)構(gòu)組成，最內(nèi)是高強(qiáng)度聚合物，中間層是碳纖維和聚合物的混合材料，外層是剝離纖維和聚合物的混合材料。供氫系統(tǒng)管道及閥門采用適用于氫氣的材料，如抗氫脆的不銹鋼、鋁合金材料或聚合物，在元器件承壓上留有足夠的安全余量。

2、元器件防護(hù)

為了防止電路中產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃?xì)錃猓剂想姵仄嚨碾姎庠⒐苈贰㈤y門都要采用相應(yīng)的防爆、防靜電、阻燃、防水、防鹽霧材料。如為了防止繼電器觸點(diǎn)動作放出電弧引燃?xì)錃猓瑲浒踩到y(tǒng)中一般選用防爆固態(tài)繼電器。此外，元器件的防水防塵、線束阻燃的級別也應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的級別要求，這些都比普通的燃油車、電動汽車有著更高的要求。

3、車載氫系統(tǒng)安全防護(hù)

主要通過對高壓儲氫瓶和氫氣管道進(jìn)行安全設(shè)計(jì)、安裝安全設(shè)施，來保障供氫系統(tǒng)的安全。如圖1，車載氫系統(tǒng)的安全防護(hù)體系主要包括排空管、安全閥、手動截止閥、單向閥、泄壓球閥、碰撞傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、電磁閥、碰撞傳感器等。一旦發(fā)生意外，氫系統(tǒng)控制器會把監(jiān)控信息傳給安全部件，各安全部件及時(shí)動作，使燃料電池汽車處于安全狀態(tài)。各安全部件功能見表2。

4、氫系統(tǒng)安全監(jiān)控

車載氫系統(tǒng)的安全監(jiān)控是防護(hù)的前提，是對儲氫瓶系統(tǒng)、乘客艙、燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以及尾氣排放處的氫氣泄漏、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)溫度、電氣元件及其他器件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保燃料電池汽車加氫、用氫的安全。如表3，主要監(jiān)控內(nèi)容包括氫氣泄漏、加注過程、儲氫瓶溫度、供氫管路壓力、電氣元件短路等。

5、碰撞安全防護(hù)

這類防護(hù)是為了保證發(fā)生碰撞時(shí)儲氫系統(tǒng)、氫氣管路、燃料電池電堆、各類閥門等關(guān)鍵部件不遭受危害性破壞。防碰撞設(shè)計(jì)除了關(guān)鍵零部件具有防撞能力外，還通過位置布置、固定裝置保護(hù)和慣性開關(guān)監(jiān)控碰撞，并與車載氫監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)自動斷電、關(guān)閉閥門等保護(hù)性措施。如燃料電池巴士的高壓儲氫瓶防止在車身頂部，發(fā)生泄漏時(shí)氫氣可以迅速排放到大氣中。

高壓儲氫瓶是燃料電池車主要安全隱患所在，通過足夠強(qiáng)度的專用固定支架將儲氫瓶、瓶閥和高壓管路集成在一起，并用鋼帶支撐，以限制在碰撞過程中高壓氫瓶的位移，避免因碰撞造成氫氣的泄漏。

由于碰撞過程復(fù)雜，僅僅零部件的設(shè)計(jì)仍顯不足，整車上進(jìn)行慣性開關(guān)的冗余設(shè)計(jì)以保萬無一失。發(fā)生碰撞時(shí)慣性開關(guān)被激活，將碰撞信號傳送至氫系統(tǒng)控制器，氫系統(tǒng)控制器立即發(fā)出指令關(guān)閉儲氫瓶閥門，斷開氫氣供應(yīng)，將氫氣的泄漏量降低至最低。

安全技術(shù)的案例分析

巴拉德氫燃料電池技術(shù)商業(yè)化最早，實(shí)際運(yùn)營時(shí)間長，我們以巴拉德的產(chǎn)品為例，簡單說明上述安全技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用：（1）如果巴拉德的燃料電池模塊發(fā)生泄露，它會啟動“故障保護(hù)”。（2）巴拉德燃料電池系統(tǒng)包括：板載泄漏檢測，通風(fēng)系統(tǒng)，以防止泄漏達(dá)到易燃水平，通過煙霧探測器或熱探測器進(jìn)行火災(zāi)探測，排放燃料電池的減壓裝置。這些措施能夠很好的預(yù)防氫氣泄露:（3）在發(fā)生意外之時(shí)，巴拉德燃料電池動力模塊的設(shè)計(jì)兼顧乘客和操作員的安全。比如：小泄漏會觸發(fā)預(yù)警，以便駕駛員在車輛仍然安全時(shí)停車。（4）碰撞傳感器設(shè)計(jì)用于激活“安全關(guān)閉”序列，鎖定罐中的高壓氫，并將高壓組件與系統(tǒng)隔離。這些都使得乘員有一定的時(shí)間進(jìn)行疏散。

巴拉德氫燃料電池技術(shù)比較成熟，在安全性設(shè)計(jì)方面考慮較為周到，事實(shí)上，巴拉德產(chǎn)品其安全性已經(jīng)足以和燃油車媲美，這為我們自主技術(shù)研究提供了參考依據(jù)。此外，美國有超過3%的叉車使用了燃料電池系統(tǒng)，大多為普拉格提供，多年來運(yùn)營情況較好。豐田在美國也投入了數(shù)千輛燃料電池汽車，數(shù)年來運(yùn)行良好。綜上，加拿大、美國、日本的數(shù)家企業(yè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)證明了只要在設(shè)計(jì)上做好安全防護(hù)措施，操作時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)，氫氣在使用上是安全的。

國家對安全的重視

國家對危化品安全問題向來高度重視，氫氣目前作為危化品，從安全標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量占比上可以看出國家對于氫氫使用安全問題高度重視。從純電動汽車的經(jīng)驗(yàn)看，企業(yè)對于技術(shù)安全管理意識不斷在提高，國家也制定了各類標(biāo)準(zhǔn)、各種測試保證電動車產(chǎn)品的安全性。幾個(gè)影響較大的新能源汽車安全事故，問題更多在于企業(yè)安全意識不足，存在僥幸心理，過于節(jié)約成本粗制濫造，不嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)范。參考電動車安全管理經(jīng)驗(yàn)，在完善氫能源使用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之后，更需要光大力氣抓執(zhí)行，進(jìn)而通過加強(qiáng)對于標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行和檢測來確保氫燃料電池汽車的安全性。

盡管氫氣仍然被列為危化品管理，但我們可以預(yù)見的是，在未來技術(shù)和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善之后，如果嚴(yán)格按照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，氫能源是一項(xiàng)比汽油、天然氣等石化能源更加安全、清潔的可再生資源。上述安全分析和國外商業(yè)化運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明氫能技術(shù)的安全性，人們無需對氫能源抱有恐懼的心理。恐懼來自于不熟悉，相關(guān)政府部分在推動氫能產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，也應(yīng)該加大對氫能知識培訓(xùn)、提高從業(yè)者安全規(guī)范意識，讓群眾在了解氫能源的同時(shí)，發(fā)揮全社會共同監(jiān)督企業(yè)氫能使用行為規(guī)范，為氫能安全使用多加一道社會保險(xiǎn)。

最后，雖然張家口市“11·28”爆燃事與氫氣無關(guān)，但這個(gè)事件仍然給張家口乃至全國的“氫能大躍進(jìn)式快速發(fā)展”展蒙上了一層安全陰影。聯(lián)想這半年來新能源電動車多起的著火事件，據(jù)作者與業(yè)內(nèi)人士討論分析后，認(rèn)為大多數(shù)電動車著火事故多是生產(chǎn)廠家過度節(jié)約成本，或是管理混亂，不按照安全標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)導(dǎo)致的。氫燃料電池汽車安全情況也是一樣。安全重于泰山，燃料電池汽車行業(yè)剛剛起步，如何保障燃料電池汽車安全問題可能是影響氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重大障礙，需要引起產(chǎn)業(yè)界和政府相關(guān)部門的高度重視。