天然氣摻氫被認為是實現節能減排和規模氫能運輸的重要手段，但記者近日通過采訪調查了解到，這一技術路線仍面臨著高成本、高風險以及大眾認知度低等因素的制約。
節能環保效益顯著
近年來，天然氣摻氫逐漸成為氫能領域研究熱點，我國多個城市的氫能產業發展規劃中都特別提及了天然氣摻氫。
業內專家表示，要想做好天然氣摻氫，有兩個基本問題需要厘清，第一為什么要摻，第二怎么摻。
據了解，摻氫天然氣可用于天然氣內燃機或作為日常燃料直接使用。將氫氣與天然氣按一定比例混合而得到的代用氣體燃料，是“淺氫燃料”的一種。“由于氫氣具有燃燒速度快、燃燒界限寬、比熱值小、淬熄長度長等特點，天然氣中摻入氫氣可以改變天然氣的燃燒特性，減少其燃燒量。”氫云鏈氫能產業分析師楊東川解釋說。
而當摻氫天然氣用于內燃機時，還能產生顯著的節能環保效益。清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室博士生導師馬凡華給記者算了一筆賬：假如在天然氣當中摻入20%體積比的氫氣，燃燒后氮氧化物、一氧化碳、未燃碳氫都可降低50%以上。從燃料特性來講，摻氫天然氣是一種環保的燃料。
另外，根據測試，當內燃機在稀薄燃燒排放綜合測試循環工況下，采用天然氣摻氫可節能7%-10%。國六天然氣發動機采用摻氫燃料，在典型工況下效率可提升5%-14%，所有排放指標則降低30%以上。
摻氫比例講究多
雖然天然氣摻氫具有節能環保效益，但是怎么摻決定著最終的效果。其中，摻氫比例是關鍵。
西安交大教授劉銀河認為，日常天然氣摻氫的極限，取決于天然氣管道的適用性。“在現有的民用或工業天然氣管道摻氫，受管道本身的影響，最多只能摻3%的氫，一旦超過3%，就有發生‘氫脆’的風險。”
楊東川認為，實驗過程中，在天然氣管道運輸氫的場景下，摻入17%以內的氫氣不會對管道產生影響；當天然氣作為交通燃料和工業爐燃料時，摻入20%氫氣能達到國IV要求。
在車用內燃機領域，國內做了大量的天然氣摻氫比對研究，發現天然氣摻氫后，發動機的動力性能并不會降低。“基于這一前提，20%的摻氫比例最佳，但是，這不是一個絕對數。目前認為，車用內燃機的燃料摻氫比例區間為15%-25%。”馬凡華說。
馬凡華解釋稱，事實上，摻氫比例需要根據發動機負荷轉速的變化來調整，從而實現發動機動力性、經濟性和排放指標的綜合最優。
缺乏理化基礎數據
作為一種新型混合燃料，摻氫天然氣缺乏理化基礎數據，仍處于“摸著石頭過河”的探索階段。
楊東川指出，目前，國內于天然氣管網摻氫的范例極少。由于氫氣介質的特殊性，其面臨的問題十分突出。在技術方面，需加強管道材料與摻氫天然氣的相容性，充分考慮摻氫引起的泄漏速率加快、可燃范圍增大及燃燒速率加快等因素，還需全面研究摻氫天然氣的泄漏與燃燒爆炸等問題。
針對天然氣摻氫在內燃機上的應用，馬凡華認為，雖然目前天然氣摻氫并不適用于燃料電池汽車系統，但有必要將天然氣摻氫的內燃機研發、車用發電全產業鏈示范等列入“十四五”重點研究計劃中。這將有助于實現氫能汽車燃料動力系統和燃料的多元化，而不僅僅是局限于質子交換膜氫燃料電池系統。
