氢及其主要衍生物的安全方面：政策制定者的文献综述

总之…公共披露授权作者公共披露授权公共披露授权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。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。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。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。氢及其主要衍生物的安全方面：政策制定者的文献综述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公共披露二〇二五年二月2025/142能源与采掘全球实践知识系列氢是宇宙中最简单且最丰富的元素。氢及其主要衍生物的安全性问题：为政策制定者提供的文献综述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）。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）。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。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。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）。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）。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）。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。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？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。4–75%15–28%1.4–7.6%5.3–15%18.3–59.0%15–28%1.1–3.3%5.7–14%0.020.20.200.292,0451,8002,1971,87529%15%2%9%表1. 广泛使用的燃料性质比较氢及其主要衍生物的安全方面：政策制定者的文献综述 3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。”燃点极限（在空气中）氢氨汽油蒸汽天然气爆炸限制（在空气中）点火能量（毫焦耳）火焰温度（ºC）化学当量混合物（在空气中最容易点燃）, 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。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。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。氢气 com-氢火焰辐射热低。bustion primarily produces heat and water. Since it produces not carbon but a heat-absorbing water vapor, a hydrogen fire has signif