人類首次在實驗室獲得液氫至今已有100余年歷史，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用以來，液氫作為火箭高能燃料，在航天領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。上世紀60年代開始，在液氫成功作為火箭燃料應(yīng)用的同時，科學(xué)家們就開始探索液氫在地面交通、航空、航海等領(lǐng)域的應(yīng)用，美國、德國、英國、日本、挪威等國家，先后在飛機、家用轎車、客車、貨車、輪船等交通工具上開展了不少的嘗試和技術(shù)積累。

我國于近幾年開始液氫在重型運輸車輛、船舶、飛機等交通工具上的應(yīng)用研究，其中液氫燃料重載卡車原理樣機已完成研制并在試車場進行了功能驗證。航天科技集團六院北京航天試驗技術(shù)研究所先后研制了30千克、100千克儲量的車用液氫系統(tǒng)，在32噸、49噸的重卡上進行了搭載和測試。隨著可再生能源規(guī)模的進一步增大和氫電經(jīng)濟的發(fā)展，液氫作為日常重型交通運輸?shù)娜剂嫌型诮鼉赡甑靡詫崿F(xiàn)和快速推廣。

北京航天試驗技術(shù)研究所參研的全球首款液氫重卡

一種新型燃料進行大量推廣使用前，其危險性必須進行充分辨識和論證，并制定完善的安全管理及應(yīng)急處理措施，形成與其推廣程度相適應(yīng)的安全體系，才能確保社會面應(yīng)用風險可控。在火箭發(fā)動機試驗研究及發(fā)射活動中，科研人員對液氫的特性、相關(guān)技術(shù)裝備、對應(yīng)安全措施及管理方法等都進行了深入的研究，確保了在相對封閉管理的場所內(nèi)對液氫的安全應(yīng)用。而若將液氫作為日常交通工具使用的燃料，其需要面對社會道路行駛、公共場所停放、維修維護等各種應(yīng)用場景，所處環(huán)境更為復(fù)雜，隨機性更大，存在的潛在風險因素也更多，因而需要更為嚴格的管理措施。

確保液氫的使用安全，首先要深入了解液氫的理化性質(zhì)。根據(jù)其安全相關(guān)性質(zhì)從設(shè)備研制、檢定、操作、維護、標準體系等全方位進行管控。液氫跟安全相關(guān)的性質(zhì)主要包括兩個方面，一是液態(tài)氫的極低溫特性，二是氫氣的易燃易爆特性，針對這兩個方面介紹如下：

一、液氫極低溫帶來的挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施

常壓狀態(tài)下氫氣密度極低，不利于其存儲、輸送和使用，只有采用壓縮、低溫液化、化合或材料吸附等方式來提升體積能量密度，實現(xiàn)氫的使用經(jīng)濟性，其中液氫質(zhì)量密度最高，是提高儲運效率的最重要形態(tài)之一。在常壓下，氫氣通過多級制冷，被冷卻到-253°C時才能被完全液化。

由于液氫同外界環(huán)境巨大的溫差，由環(huán)境向液氫的漏熱而導(dǎo)致其溫度升高不可避免，為了維持其液相狀態(tài)，液氫必須保持在其臨界溫度-240°C以下，并適當保持壓力，因此盛裝液氫的儲罐必須是耐壓和超級絕熱的密閉容器。常壓氫氣與液氫的體積比是825：1，充滿液氫的密閉儲罐在存儲空間不變的情況下，如果溫度升至常溫，儲罐的最終壓力將上升至超過170MPa，這是一般壓力容器無法承受的。

重卡車用百公斤級儲量液氫系統(tǒng)-賽道1000

在陸地重載卡車上存儲液氫的裝置通常稱為低溫絕熱氣瓶，為確保其安全使用，設(shè)計上往往采取兩方面措施：一是采用雙層不銹鋼高真空輻射絕熱結(jié)構(gòu)，減小外界向氣瓶內(nèi)的熱量傳遞，從而延緩漏熱引起的壓力升高速率，使氣瓶在車輛停放時因外界溫度導(dǎo)致氣瓶內(nèi)升壓至安全控制壓力的時限能達到3天甚至更長；二是在氣瓶內(nèi)容器上設(shè)置兩級安全泄放閥門，車輛長期停放或由于故障而導(dǎo)致的壓力持續(xù)升高的情況下，在壓力到達氣瓶內(nèi)膽破壞壓力前，確保安全閥自動開啟進行壓力泄放而使壓力得以保持在安全范圍，從而避免超壓導(dǎo)致的氣瓶、管路爆破等無管理排放事故發(fā)生。

二、氫氣燃爆風險認識及防止

與空氣混合的情況下，氫氣具有極易燃爆的特點：一是氫氣的最小點火能量非常低，在空氣中最小點火能量約0.02mJ，而人體摩擦產(chǎn)生的放電便可以達到10mJ，就連高壓氫氣在向空氣高速噴出時，空氣中粉塵粒子摩擦產(chǎn)生的靜電也能成為一個點火源；二是其可燃濃度范圍非常寬（在1個大氣壓和環(huán)境溫度下的干燥空氣中，氫可燃濃度下限：4.1%，可燃濃度上限：74.8%）。由于可燃濃度下限僅4.1%，且極低的點火能量又令事先混合的氫氣-空氣極易被點燃而產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。

但另一面，氫氣又具有極易擴散的特點，在開放空間氫氣泄漏停止后，1分鐘內(nèi)就可擴散至可燃濃度下限以下，可見避免封閉空間使用和及時制止泄漏是避免氫空混合氣體燃爆的重要手段。

液氫泄漏后，與常溫氫氣略有不同。少量泄漏時，液氫同空氣混合很快溫度升高并形成低密度氣團向上擴散，下方區(qū)域安全影響較小。當大量泄漏時，將在地面積聚成液氫池，由于液氫的蒸發(fā)在液氫池表面也會形成低溫的氫云，與空氣混合產(chǎn)生爆炸性混合氣體環(huán)境，而當泄漏結(jié)束，爆炸性氣體混合環(huán)境也會很快消失。相較于LNG及汽油等燃料的泄漏，液氫大量泄漏橫向擴散范圍更窄，形成可燃可爆的混合氣空間范圍更小，滯留時間也更短。從這個角度進行評判，在路面等開闊空間發(fā)生液氫泄漏而帶來的安全隱患比前述燃料更低。

防止液氫及氫氣的意外泄漏，創(chuàng)造開放使用條件，阻止長時間形成可爆燃的氫空氣混合氣體，是用氫安全的關(guān)鍵所在。為減少液氫及氫氣泄漏，車載液氫系統(tǒng)的重要連接部位需盡可能采用焊接結(jié)構(gòu)，若要采用其他連接方式則需要經(jīng)過嚴格的論證。

車載液氫燃料存儲系統(tǒng)整體還要經(jīng)過嚴格的測試和考核認證，只有符合國家特種設(shè)備監(jiān)察及車輛零部件公告標準后，才能進入社會道路行駛。這些測試和考核項目包括火燒、跌落、振動、壓力控制等等，覆蓋車輛運行的幾乎所有極端工況，以確保以上情況發(fā)生時司乘人員有足夠時間逃生，從而保障人員生命安全。

液氫氣瓶火燒試驗考核

綜上，基于航天領(lǐng)域在液氫研究、生產(chǎn)和使用等方面所積累的豐富經(jīng)驗，開發(fā)重載交通工具用液氫儲供系統(tǒng)，充分開展系統(tǒng)試驗考核驗證，擴大示范場景樣本，從而形成完整科學(xué)的裝備可靠性評價及安全控制體系，可以為社會面液氫有序規(guī)模推廣應(yīng)用提供更大的安全保障。