全球能源行業(yè)正經(jīng)歷著以低碳化,、無碳化,、低污染為方向的第三次能源變革，氫能作為一種清潔,、高效、可持續(xù)的二次能源,，同時(shí)兼有來源廣,、燃燒熱值高、能量密度大,、可儲存,、可再生的特點(diǎn)，成為我國節(jié)能減排和能源變革過程中非常重要的能源互聯(lián)媒介,，受到越來越多的關(guān)注,。2022年3月23日，國家發(fā)展改革委,、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》,。《規(guī)劃》提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025年,，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝,，燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設(shè)一批加氫站,，可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬噸/年,，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100-200萬噸/年。到2030年,，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系,、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn),。到2035年,，形成氫能多元應(yīng)用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比例明顯提升,。

發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),，對構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo),，具有重要意義,。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，技術(shù)創(chuàng)新在整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建過程中至關(guān)重要,。例如：在氫氣制備環(huán)節(jié),，通過研究提高制氫方法的效率，降低生產(chǎn)成本，基本達(dá)到零CO2排放,；在氫氣儲運(yùn)環(huán)節(jié),，通過不斷開發(fā)和完善氫氣質(zhì)量檢驗(yàn)方法，從各個(gè)方面促進(jìn)氫氣交易的便捷性,；在氫氣應(yīng)用環(huán)節(jié),，通過擴(kuò)展氫氣用于發(fā)電、供熱和化學(xué)品生產(chǎn)等多方面的用途,，提高利用率,。

圖2. 氫能全產(chǎn)業(yè)鏈圖示

島津長久以來一直致力于提高氣相色譜的性能，通過技術(shù)創(chuàng)新,，不斷發(fā)展島津特色氣相色譜技術(shù)和產(chǎn)品,。目前島津創(chuàng)新氣相色譜技術(shù)已經(jīng)廣泛用于上圖所示的氫能產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建中，從介質(zhì)阻擋放電等離子體檢測器（BID）,、硫化學(xué)發(fā)光檢測器（SCD）到氣相色譜平臺Nexis GC-2030加強(qiáng)版等,。本篇將為您分享島津創(chuàng)新BID檢測器在此流程中的應(yīng)用實(shí)例。

圖3. 島津BID檢測器及旗艦級氣相色譜儀Nexis GC-2030加強(qiáng)版

1,、光解水產(chǎn)氣組成測定

在氫氣制備方法方面,，除了化石能源催化重整制氫、電解水制氫,、副產(chǎn)物氫氣提純,、生物質(zhì)制氫外，現(xiàn)在光解水制氫因其環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注,。這其中,，高效催化劑開發(fā)、更高能量轉(zhuǎn)換效率和分離膜的研究,，以及大規(guī)模低成本的探討是現(xiàn)在許多科學(xué)家的努力方向,。隨著光解水制氫技術(shù)的不斷發(fā)展，制氫路線將由化石能源制氫逐步過渡至可再生能源制氫,，“灰氫"向“綠氫"發(fā)展,，未來制氫領(lǐng)域?qū)②呄蛴诟佑押玫牡缆贰?/span>

光解水制氫產(chǎn)生的氫氣和氧氣一般在亞ppm到百分比的寬濃度范圍，傳統(tǒng)TCD檢測器難以測定亞ppm級濃度水平的樣品,，同時(shí)由于氫氣和氧氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)差異,，一般需要在每次分析中更換不同的載氣，因此,，傳統(tǒng)上需要使用兩組分離柱和TCD檢測器進(jìn)行檢測,。本例中使用島津BID檢測器，則可通過一個(gè)檢測器實(shí)現(xiàn)亞ppm級到百分比濃度水平這樣寬范圍的氫氣和氧氣分析,，同時(shí)也可兼顧其他氣體成分的分析,。

圖4. ppm級濃度水平的H₂和O₂分析譜圖

圖5. %級濃度水平的H2和O2分析譜圖

2,、氫氣制備副產(chǎn)物二氧化碳中的雜質(zhì)檢測

當(dāng)前全球范圍內(nèi)絕大部分的氫氣是由煤、石油,、天然氣等化石燃料制備的,，這個(gè)過程中一般也會產(chǎn)生CO₂副產(chǎn)物，因此為了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo),， “如何有效利用這些副產(chǎn)物CO₂“的研究工作在科研領(lǐng)域備受關(guān)注,。食品級CO₂是碳酸飲料中的重要添加成分之一，利用工業(yè)回收CO₂進(jìn)行資源化再利用生產(chǎn)食品級CO₂是落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境,，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和變廢為寶的重要方向,。我國對食品級CO₂質(zhì)量控制一直非常重視，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)涉及多項(xiàng)有機(jī)物雜質(zhì)的含量要求,。如下是采用BID檢測器分析食品添加劑CO₂氣體中雜質(zhì)的應(yīng)用案例。

圖6. 食品添加劑CO2氣體中雜質(zhì)分析色譜圖

此外,，島津也可提供CO₂中痕量無機(jī)氣體,、硫化物、輕烴,、芳香族成分,、醇類等應(yīng)用方案。

3,、燃料電池用氫氣中雜質(zhì)檢測

隨著氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展,，其使用范圍逐漸擴(kuò)展到家用燃料電池系統(tǒng)和燃料電池汽車(Fuel Cells Vehicle，F(xiàn)CV),。如果FCV使用的氫氣含有一氧化碳等雜質(zhì),，將造成燃料電池內(nèi)部出現(xiàn)催化劑中毒，從而降低燃料電池的發(fā)電性能,，因此需要使用高純度的氫燃料,。在燃料電池汽車用氫燃料的國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 14687: 2019 Hydrogen fuel quality — Product specification》和國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 37244—2018 質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料 氫氣》中，除了規(guī)定一氧化碳的最大濃度0.2ppm外,，還規(guī)定了氧氣,、二氧化碳和碳?xì)浠衔锏鹊淖畲鬂舛取３Ｒ?guī)來說,，需要使用氣相色譜搭載TCD或PDD檢測器分析無機(jī)氣體,，使用甲烷轉(zhuǎn)化爐和FID檢測器配合分析CO和CO2。本例中我們使用島津旗艦級氣相色譜儀Nexis GC-2030搭載 BID檢測器,，可實(shí)現(xiàn)這些成分的高靈敏度同時(shí)分析（一般可達(dá)到0.1到1ppm的檢測下限）,。

表1. 燃料電池汽車用氫燃料的國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)控指標(biāo)舉例

圖7. 氫氣中雜質(zhì)的同時(shí)分析色譜圖（Micropacked ST 色譜柱）

2019年氫能源寫入《政府工作報(bào)告》，將氫能納入中國能源體系之中,，我國真正開啟氫能大發(fā)展元年,，按照白皮書路線規(guī)劃,，預(yù)計(jì)到 2050 年氫能在中國能源體系中的占比將達(dá)到約 10%。能源“十四五"規(guī)劃把氫能和燃料電池技術(shù)列為能源技術(shù)裝備的主攻方向和重點(diǎn)任務(wù),。氫能是未來國家能源體系的重要組成部分,，充分發(fā)揮氫能清潔低碳特點(diǎn)，推動交通,、工業(yè)等用能終端和高耗能,、高排放行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。島津以BID檢測器為代表的創(chuàng)新氣相色譜技術(shù)將持續(xù)助力相關(guān)檢測工作,，為行業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn),。

參考資料：

1.https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202203/t20220323_1320038.html?code=&state=123

2. 島津應(yīng)用No. G283. 對備受矚目的染料電池汽車用氫燃料中的微量雜質(zhì)進(jìn)行分析。

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4. 島津應(yīng)用No. 10. 氣體中痕量雜質(zhì)的高靈敏度分析,。

5. 約克和書的雪球?qū)冢瑲淠茉赐顿Y報(bào)告,。

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