那么,为什么要在天然气中掺入氢气?天然气掺氢对公众生活有何影响?科技日报记者就此采访了相关专家。

为天然气“增绿”

天然气掺氢,顾名思义,就是将氢气以一定的体积比例,注入到现有的天然气管网中,形成一种新的混合燃料气体。

氢气被誉为21世纪最清洁的二次能源,其燃烧产物只有水,可以实现零碳排放。而天然气的主要成分是甲烷,燃烧后会产生二氧化碳。

“把利用风电、光伏等可再生能源制取的氢气掺入天然气管网,可以在同等供热条件下置换部分甲烷,降低混合燃气的碳排放强度,为天然气‘增绿’。”天津大学化工学院助理研究员周宏达在接受科技日报记者采访时说。

在潍坊的项目中,通过在天然气中掺氢,当地每年最高可以消纳氢气1300万立方米。根据初步测算,如果全国城镇燃气都能实现10%的掺氢比例,每年可以减少二氧化碳排放约3000万吨,降碳成效显著。

“虽然绿氢具备清洁低碳的优势,但储运成本高一直制约着氢能的规模化推广。”周宏达进一步说,把氢气掺入天然气管网,是目前低成本规模化氢气应用的最优途径。我国现有总里程约12万公里的长输天然气管网,经适应性改造后可以输送低比例掺氢天然气。相比新建纯氢输送管网,这种方式可以使投资成本降低60%到80%。

安全有保障

对于普通老百姓来说,最关心的问题就是掺氢天然气的使用体验感、安全性以及价格。

对于居民使用体验,周宏达说:“氢气与天然气的燃烧特性存在差异,氢气火焰传播速度比天然气快。理论上,在灶具不改造的情况下,掺氢后燃烧反应速度会稍微加快,火焰形态稍有变化,热负荷(即火力)可能会有微弱的提升。”

不过,在实际应用中,潍坊项目采用10%的低比例掺氢方案,混合燃气的热值(即单位体积燃气完全燃烧所释放的热量)基本保持不变。“居民在使用燃气灶时,几乎感觉不到火焰形态或火力的差异,也无需更换任何原有燃气设备,炒菜习惯完全不受影响。”周宏达进一步说,除此之外,天然气掺氢还能优化燃气燃烧工况,使烟气中的一氧化碳排放量大幅降低,从而提升厨房用气的洁净度。

安全是所有能源技术落地应用的前提。氢气分子量小、穿透性强,看似容易泄漏;其在空气中的体积爆炸极限为4%到75.6%,范围远宽于天然气,乍听之下十分危险。

“不过,这里需要区分‘理论上的危险’与‘实际中的风险’。”周宏达进一步说,“爆炸极限宽只说明一旦达到该浓度就可能爆炸,而实际泄漏后能否达到这一浓度,取决于气体的积聚能力。”

氢气扩散速率远高于天然气,一旦泄漏,会迅速在空气中分散并向上逃逸,很难在局部空间内积聚到4%的爆炸下限。“相比之下,天然气泄漏后更容易在地面或低洼处汇集,反而更易接近爆炸浓度。因此,在通风正常的居家环境中,掺氢10%到20%的管道燃气并不会比普通天然气更危险。”周宏达补充道。

除此之外,在掺氢项目实施前,相关部门已经对当地的燃气管网、阀门、计量表等基础设施进行了全面的适应性评估和测试,确保其在长期运行中能抵御“氢脆”(即氢气导致金属材料变脆)等潜在风险。掺氢比例10%到20%已经通过国内多项管网试验验证,适配城镇燃气运行工况,具备技术安全性。

对于价格,周宏达表示:“目前,氢气的生产成本仍然高于天然气,因此短期内掺氢天然气的价格可能会有小幅波动。不过,从长远来看,随着电解水制氢技术迭代和产业规模化生产,氢气的成本具备持续下行空间。”

数据显示,电解水制氢设备的成本在过去两年已大幅下降,预计到2027年将进一步降低。届时,掺氢天然气将兼具环保属性与经济优势。更重要的是,掺氢天然气的规模化应用能有效消纳西部地区富余风电、光电,减少新能源弃电浪费,从能源结构层面降低全社会的用能成本。