氢及其主要衍生物的安全方面

氢及其主要衍生物的安全方面：政策制定者的文献综述 这份研究报告聚焦于氢及其相关产品的安全问题。底线。 主要衍生物：氨和甲醇。在对文献和氢安全措施进行全面审查后，本研究总结了由信誉良好的机构制 公共披露授权定的稳健、成熟的规范。本简报强调了遵守这些规范的关键重要性，并鼓励全面实施以确保有效的和一致的安全实践。 由于氢在自然界中不以游离状态存在，因此必须进行生产。清洁氢——通过可再生能源和化石燃料以及负责任的碳捕获和储存生产——在全球能源转型中可以发挥重要作用，加速全球气候目标的实现进程。 总之… 氢是宇宙中最简单且最丰富的元素。 公共披露授权自亨利·卡文迪什和安托万·拉瓦锡几乎250年前发现以来，氢一直被视为进步的工具。目前，氢被用于许多不同的应用，但不是直接使用；相反，大多数应用使用其两种主要衍生物，氨和甲醇。 作为一种能源载体，氢可以用来储存、转移和输送能量。从氢中还可以获得高附加值衍生物，例如氨或甲醇。这些衍生物能够实现氢的高效储存和运输，因此在向可持续能源系统转变的过程中成为关键组件。利用这些技术，产业可以减少其碳足迹，并为更可持续的未来做出贡献。 由可再生能源生产的氢气可以为发电、交通和其他部门提供环境清洁、经济实惠、安全可靠的燃料（Tchouvelev 2016）。尽管它在革命性改变能源部门方面具有巨大潜力，但也提出了独特的安全挑战，必须解决这些问题以确保其安全生产、储存和利用（DOE 2016）。氢气的广泛采用需要理解其性质和相关的安全顾虑。 清洁氢的部署对于去碳化难以控制的领域，如钢铁生产和长途运输尤其重要。但随着全球发展清洁氢的努力不断加强，确保有效管理风险变得至关重要。 是一名能源分析师卡门·康德·帕达维拉与世界银行能源部门管理援助计划 作者 本简报概述了与氢及其主要衍生物（氨和甲醇）相关的风险。旨在提高政策制定者对氢安全性的理解，并促进安全可持续的氢政策发展。为此，它综合了当前的研究，确定了潜在风险，并提出了可操作的建议，以确保氢技术安全有效的整合。由于在氢安全领域没有明确的全球领导者，因此将不会涉及国际最佳实践。 储存和处理氢气因此带来了重大挑战。氢气可以以压缩气体的形式或以低温液态储存。压缩氢储存需要能够承受高达700个大气压的高压系统。另一种方法是，将氢气作为液体储存需要极低的温度，低于-253°C，这要求先进的绝缘和小心处理，以防止蒸发和泄漏。两种储存方法都需要坚固的容器解决方案，以最大限度地减少泄漏风险并确保安全（Calabrese等人，2024年）。 让我们首先从氢开始，然后转到氨和甲醇。它主要有哪些特性和安全隐患？ 另一个关键问题是材料相容性。氢在某些金属中可能引起脆化，这可能导致管道、储罐和其他储运容器失效。为了保持氢储运系统的完整性，需要特殊的材料和防护涂层（Calabrese等，2024年）。 安全使用氢气需要精心管理其独特性质所带来的安全挑战 氢气在标准条件下是一种无色、无味且高度易燃的气体。它是已知最轻的元素，分子量为2.02克/摩尔。氢气在空气中的广泛易燃范围（按体积计4-75%），低点火能量（0.02毫焦耳 [mJ]）和高扩散性意味着它容易在空气中扩散并混合。此外，氢气燃烧时火焰几乎看不见，给检测和消防带来了挑战（DOE 2016）。 最后，氢气泄漏的检测与监控带来了一系列挑战。鉴于氢气既无色又无味，没有特殊传感器的情况下检测泄漏极其困难。因此，任何项目开始之初就必须实施可靠的氢气检测系统，以尽早发现泄漏并预防危险情况。 全面实现氢作为清洁能源的潜力，同时确保人员和基础设施的安全，需要通过严格的控制、安全协议和持续监测来解决这些安全问题。 主要担忧之一是氢气的爆炸性。即使是轻微的泄露也可能迅速与空气形成爆炸性混合物，强调了严格泄漏检测和有效通风措施的重要必要性（DNV 2021）。 氢气并不比其他易燃燃料（包括汽油和天然气）更危险或更安全。关于氢气的安全担忧并不是引起恐慌的原因，但它们与汽油或天然气周围的常规担忧不同。实际上，氢气的一些特定特性实际上与汽油或其他燃料相比提供了安全优势。以下列出了其中一些最显著的区别（NHA 2010）。 清洁氢——通过可再生能源和化石燃料以及负责任的碳捕获和储存生产——在全球能源转型中可以发挥重要作用，加速全球实现气候目标的进程。 氢 氢气比空气轻并且迅速扩散。具有高扩散率（比天然气快3.8倍）；这意味着，一旦释放，它能够迅速稀释到不可燃的浓度。氢气的上升速度是氦气的两倍，是天然气的六倍——以这种速度 几乎每小时45英里（20米/秒）。因此，除非屋顶、通风不良的房间或其他结构能够包含上升的气体，否则物理定律会阻止氢气在泄漏（或使用氢燃料设备的人附近）滞留。简单来说，要成为火灾隐患，氢气必须首先被限制——但限制宇宙中最轻的元素是非常困难的。工程师在设计将使用氢气的结构时会考虑这些特性。他们的设计有助于氢气在意外释放时向上和远离用户逸散。 要成为火灾隐患，氢必须 首先被限制——但限制最轻的 宇宙中的元素非常难以确定。” 任何易燃燃料，氢气也不例外，可以……燃烧 破裂。然而，其浮力、扩散性和小分子尺寸使其难以控制，因此难以创造出可能发生燃烧的情况。对于氢火的发生，必须同时存在足够浓度的氢、点火源和适量的氧化剂（如氧气）。氢气具有广泛的易燃性范围（在空气中为4-75%），可能只需要相当低的热量即可点燃（0.02毫焦耳）。然而，在低浓度下（低于10%）点燃它的能量需求较高——与在各自的易燃性范围内点燃天然气和汽油所需的能量相似——这使得氢气在实际操作中更难在低易燃性极限附近点燃。另一方面，如果条件允许将氢气的浓度增加到化学计量比（最容易点燃）混合物（在空气中为29%），那么点火能量将降至点燃天然气的约十五分之一（或汽油的十分之一）。表1总结了广泛使用的燃料的主要特性。 , 因此，大多数氢气是无色、无味、无臭的。 人类感官无法检测泄漏。因此，该行业通常使用氢传感器来帮助 检测泄漏，并且已经使用这些传感器保持了数十年的高安全记录。相比之下，天然气也是无色、无味和无臭的，但行业会添加一种含硫的气味剂，称为甲硫醇，以便通过嗅觉检测。然而，所有已知的气味剂都会污染燃料电池（氢气的一种流行应用）。研究人员正在研究其他可能的氢气检测方法：示踪剂、新的气味技术、先进传感器等。 氢气 com-氢火焰辐射热低。 bustion primarily produces heat and water. Since it produces no t carbon but a heat-absorbing water vapor, a hydrogen fire hassignificantly less radiant heat than a hydrocarbon fire. The heatreleased near a hydrogen flame is low (though the flame itself isjust as hot), meaning that the risk of secondary fires is also low.This fact has significant implications for the public and for rescue workers. 一个爆炸不能在罐体或任何容器中发生。爆炸。 娱乐场所仅存储氢气。发生爆炸需要具有特定浓度的氧化剂（例 如，浓度至少为10%的纯氧或浓度41%的空气）。氢气在18.3%至59%的浓度范围内可燃。虽然这个范围很广，但仍值得注意。 燃烧主要产生热量和水。因为它产生的是吸收热量的水蒸气，而不是碳，所以氢火比碳氢化合物火具有显著较少的辐射热。氢焰附近的放热量低（尽管火焰本身温度相同），这意味着二次火灾的风险也较低。这一事实对公众和救援人员具有重要意义。 牢记汽油可能更具危险性，因为它可以在非常低的浓度下爆炸（1.1-3.3%）。此外，由于氢气有迅速上升的倾向，因此在露天环境中爆炸的可能性非常小。这与丙烷或汽油蒸气等较重的气体相反，后者会停留在地面附近，从而产生更大的爆炸风险。 氢超低温存储利用双层壁、真空隔热、超级隔热液氢储罐，这些储罐设计用于在检测到外层或内层壁破裂时，安全地以气体形式排放氢气。这些坚固的结构和冗余的安全功能极大地降低了人与之接触的可能性。 关于氢的性质和主要安全问题的更多信息，以下资源可供参考： 偶尔在加氢站发生的爆炸导致公众对氢气的不安全印象，尽管爆炸风险并不比其他气体更大。 3“氢的性质与效应（EIGA 2019，第四章） 3“氢具有独特的物理特性，使其与甲烷相比，活性显著更高。（Accufacts Inc. 2022，第四章） 3氢能技术安全指南（美国国家可再生能源实验室2015年） 氢爆炸需要氧化剂意味着爆炸风险低于通常认知。然而，它仍然是一个需要解决的安全问题。例如，在氢加注站偶尔发生的爆炸，就是一个例子。德国，2024年6月或者，在2024年1月挪威(电动化2024)，虽然氢气的爆炸风险并不比其他气体更大，但氢能作为一种相对较新的产业，这些事故造成了公众的严重反感。实施更多安全措施和传播风险评估——例如，氢燃料加注站氢泄漏风险评估发表于：国际氢能杂志在2023年——可能有助于改善氢的形象（王和高，2023）。 3安全性方面：在工业规模生产绿色氢能（ISPT 2023） 3“氢安全挑战：关于生产、储存、运输、利用和基于CFD的后果及风险评估的全面综述（Calabrese et al. 2024） 3氢气事故与事故数据库 - HIAD 2.1（欧洲委员会 2023c） 3“氢：如何应对安全挑战（德拉格勒，2020年） 所有气体（除氧气外）都可能引起窒息。窒息。 3法规框架、安全因素以及氢能技术应用的社会接受度，《基于氢能技术的科学和工程》（Tchouvelev, de Oliveira, and Neves 2018）第6章 在大多数情况下，由于氢气的浮力和扩散性，它不太可能被充分限制而导致窒息。 氢气无毒且不具腐蚀性。毒性/毒物。 3氢安全中心（CHS 2024）,一个于2019年成立的全球性非营利组织，旨在提供关于氢安全及全球最佳实践的指导、教育和协作论坛。 不会污染地下水（在正常大气条件下是一种气体），也不会释放 时污染环境。氢气不会产生“烟雾”。 任何低温液体（氢变成）冷冻烧伤在-423°F以下液态的物质接触皮肤可能导致严重冻伤。然而，目前的方法是保持 3氢安全审查(NETL 2023) 3氢能安全工程基础II(莫尔科夫 2012). 除了上述参考文献之外，欧洲委员会联合研究中心通过重大事故危害局，特别是Minerva门户，组织了两个部分的活动。氢风险研讨会—本报告的第一部分于2023年9月发布，第二部分将于2024年2月发布（欧洲委员会2023a，2024）。这是一场综合性的网络研讨会；许多国家参与了会议（例如，德国、荷兰、日本、芬兰、法国和英国）。与会者讨论了行业中最为相关的安全问题，揭示了国家和国际层面的不同关切。为了本Live Wire的目的，欧盟委员会文件概述相关可靠的氢安全资源尤其值得关注（欧洲委员会2023b）。 面向化肥，同时18%用于工业过程，还有一小部分用于冷藏和空调系统。 氨中毒对珊瑚礁、极地地区和红树林中的水生栖息地构成特别威胁，可能对食物链动态产生影响。有效的泄漏管理对于防止污染和保护水生环境至关重要。 发展机构如美洲开发银行（IDB）对绿色氢的安全性问题进行了研究。 “环境、健康、安全和社会管理在拉丁美洲和加勒比地区的绿色氢气该研究于2023年5月发布。 哈伯-博世工艺通常被认为是能源和成本需求较高的过程，但绝大多数的能源输入、二氧化碳排放、资本和运营成本实际上与氢的生产有关；从氢中合成氨只需要相对较小的工作和投资。 继续探讨氨气，其主要的安全生产挑战有哪些？ 尽管与其它燃