氫的安全性 （係列講座9）

一 氫氣是安全的燃料凡是燃料都具有能量
，都隱藏著著火和爆炸的危險。我們很熟悉的天然氣、汽油


、液化石油氣和電都是如此。根據美國交通部的資料，從1986～2003年間

，美國天然氣加注發生2406次事故，300人死亡，1364人受傷，直接財產損失約3億美元；天然氣輸送發生1467次事故，60人死亡
，232人受傷
，直接財產損失約3.6億美元。同樣在1986～2003年間，美國發生過3302次汽油輸送事故，37人死亡
，254人受傷，直接財產損失約8.6億美元
；平均每年汽油加注發生7400次事故
，2人死亡，70人受傷
，直接財產損失1800萬美元。1998年美國國內發生1600多起液化石油氣(LPG)著火事故，41人死亡，260人受傷，直接財產損失約3000多萬美元。另外根據美國消防部門資料
，1998年美國發生38300起因電引起的住房火災，284人死亡，1184人受傷，直接財產損失約6.7億美元；2000年美國有400人因觸電死亡。事實上人們不會因噎廢食，也不會因為能源的事故就不做飯、不開車。隻要人們注意能源安全


，就能將事故消滅在萌芽之中。氫氣作燃料並不是什麼新鮮事物。早在人們使用汽油
、天然氣之前

，就已經使用城市煤氣做飯、開車了。而城市煤氣中，大約50％shiqingqi。renmenduichengshimeiqideanquanbingmeiyoushenmetebiedegulv。jintian，renmenguanzhuqingdeanquan
，biaomingduiqinggengjiazhongshi。renheranliaodeanquanxingdouyuqibenshendexingzhimiqiexiangguan。youyuqingdeteshuxingzhi
，shideqingdeanquanyoubushaotedian。ranerheqitaranliaoxiangbi，qingqishiyizhonganquanxingbijiaogaodeqiti。qingqiwudu

，buxiangyouderanliaoduxinghenda

，rujiachunjiuhenweixian。jubao2000年11月
，肯尼亞內羅畢郊區曾發生過添加甲醇的私釀酒一次導致140多人死亡的重大事件。

qingqizaikaifangdedaqizhong，henrongyikuaisutaoyi
，erbuxiangqiyouzhengqihuifahouzhiliuzaikongqizhongbuyishusan。yourenzuoguoshiyan，liangliangqichefenbieyongqingqiheqiyouzuoranliao，ranhouzuoxieloudianhuoshiyan(見圖1)。可見，點火3秒鍾後，高壓氫氣產生的火焰直噴上方。而汽油由於比空氣重，則從汽車的下部著火。到1分鍾時，氫氣作燃料的汽車隻有漏出的氫氣在燃燒，氫氣汽車沒有大問題；而汽油車則早巳成為一個大火球，完全燒光。這說明了氫氣汽車要比我們現在普遍使用的汽油車安全得多。

圖1 氫氣汽車和汽油汽車的燃燒對比實驗

（照片來源：美國邁阿密大學Swain博士）

由於氫焰的輻射率小
，隻有汽油、空kong氣qi火huo焰yan輻fu射she率lv的de十shi分fen之zhi一yi，因yin此ci氫qing氣qi火huo焰yan周zhou圍wei的de溫wen度du並bing不bu高gao。有you文wen章zhang指zhi出chu，在zai類lei似si上shang麵mian的de試shi驗yan中zhong，氫qing氣qi在zai後hou背bei箱xiang位wei置zhi燃ran燒shao
，而er汽qi車che後hou玻bo璃li安an然ran無wu恙yang，窗chuang內nei溫wen度du還hai不bu到dao20℃。氫(qing)氣(qi)燃(ran)燒(shao)不(bu)冒(mao)煙(yan)
，生(sheng)成(cheng)水(shui)

，不(bu)會(hui)汙(wu)染(ran)環(huan)境(jing)。氫(qing)也(ye)有(you)對(dui)安(an)全(quan)不(bu)利(li)的(de)特(te)點(dian)。例(li)如(ru)氫(qing)著(zhe)火(huo)點(dian)能(neng)量(liang)很(hen)小(xiao)
，使(shi)氫(qing)不(bu)論(lun)在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)或(huo)者(zhe)氧(yang)氣(qi)中(zhong)，都(dou)很(hen)容(rong)易(yi)點(dian)燃(ran)。根(gen)據(ju)文(wen)獻(xian)的(de)報(bao)導(dao)，在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)氫(qing)的(de)最(zui)小(xiao)著(zhe)火(huo)能(neng)量(liang)僅(jin)為(wei)0.019mJ，在氧氣中的最小著火能量更小，僅為0.007mJ。ruguoyongjingdianjicelianghuaxianshangyimocaerchanshengdefangdiannengliang，gainengliangkeyibiqinghekongqihunhewudezuixiaozhehuonenglianghaidahaojibei，zhezuyishuomingqingdeyiranxing。qingdelingyigeweixianxingshitahekongqihunhehouderanshaonongdujixiandefanweihenkuan，antijibijisuanqifanweiwei4％～75％，因(yin)此(ci)不(bu)能(neng)因(yin)為(wei)氫(qing)的(de)擴(kuo)散(san)能(neng)力(li)很(hen)大(da)而(er)對(dui)氫(qing)的(de)爆(bao)炸(zha)危(wei)險(xian)放(fang)鬆(song)警(jing)惕(ti)。氫(qing)氣(qi)爆(bao)炸(zha)範(fan)圍(wei)寬(kuan)，起(qi)爆(bao)能(neng)量(liang)低(di)，但(dan)並(bing)不(bu)意(yi)味(wei)著(zhe)氫(qing)氣(qi)比(bi)其(qi)他(ta)氣(qi)體(ti)更(geng)危(wei)險(xian)。由(you)於(yu)空(kong)氣(qi)中(zhong)可(ke)燃(ran)性(xing)氣(qi)體(ti)的(de)積(ji)累(lei)必(bi)定(ding)從(cong)低(di)濃(nong)度(du)開(kai)始(shi)，因(yin)此(ci)，就(jiu)安(an)全(quan)性(xing)來(lai)講(jiang)
，爆(bao)炸(zha)下(xia)限(xian)濃(nong)度(du)比(bi)爆(bao)炸(zha)上(shang)限(xian)濃(nong)度(du)更(geng)重(zhong)要(yao)。丙(bing)烷(wan)的(de)爆(bao)炸(zha)下(xia)限(xian)濃(nong)度(du)就(jiu)比(bi)氫(qing)氣(qi)低(di)，因(yin)此(ci)，丙(bing)烷(wan)比(bi)氫(qing)氣(qi)更(geng)危(wei)險(xian)。

氫火焰是無色的
，白天肉眼幾乎看不到，夜裏可以看見。圖2為wei美mei國guo航hang天tian飛fei機ji的de發fa射she情qing況kuang。圖tu中zhong右you側ce藍lan色se圓yuan圈quan內nei是shi氫qing火huo焰yan，左zuo邊bian紅hong色se箭jian頭tou指zhi的de則ze是shi碳tan氫qing燃ran料liao的de火huo焰yan。所suo以yi，在zai白bai天tian要yao小xiao心xin氫qing火huo焰yan灼zhuo傷shang人ren體ti。

圖2：航天飛機升空時尾部火焰的顏色

氫的粘度最小，所以它具有最大的泄漏速率。但氫還具有另外一個特性
，即極易擴散。氫的擴散係數比空氣大3.8倍，若將2.25m 液氫傾瀉在地麵，僅需1fenzhong，jiunengkuosanchengweibubaozhadeanquanhunhewu，suoyiweiliangdeqingqixielou，keyizaikongqizhonghenkuaixishichenganquandehunheqi。zheyoushiqingranliaoyidayoudian，yinweiranliaoxielouhoubunengmashangxiaosanshizuiweixiande。youwenxianzhichuqingdekuosanxishubiqiyouda7.5bei，youcikeyizhengmingwenxianzhongshuoqingbiqiyouanquanshiyougenjude。qingqidebizhongxiao，yixiangshangtaoyi，zheshideshigushiqingqideyingxiangfanweiyaoxiaodeduo。heqitayehuadeqitiranliaoxiangbi，yeqinghuifakuai，youliyuanquan。yourenzengzuoguoshiyan，jiang3 m 的液氫
、甲烷和丙烷分別濺到地麵上並蒸發，在相同的條件下，丙烷、甲烷和氫的影響範圍分別為13500、5000和1000m 。kejianyeqingdeyingxiangfanweizuixiao，dayueshibingwandeshisanfenzhiyi，jiawandewufenzhiyi。yejiushuomingyeqingdeanquanxingyaobibingwanhejiawanhao。dangran，yeqingdewendubiyedandideduo
，xuyaofangzhidongshang。

weilebaozhengqingqishiyonganquan，yongqingchangsuodeqingqinongdujiancejiufeichangzhongyao。xiandaikexuejishudefazhan，yijingkeyizuodaoqingqinongdukuaisujiance。tanceqidechicunhenxiao，anzhuang、使用都很方便。圖3是shi美mei國guo某mou公gong司si的de第di一yi代dai產chan品pin和he第di二er代dai產chan品pin。在zai很hen短duan的de時shi間jian內nei，氫qing氣qi探tan測ce器qi可ke以yi將jiang氫qing氣qi濃nong度du的de信xin息xi傳chuan送song到dao中zhong央yang處chu理li器qi，當dang達da到dao危wei險xian濃nong度du時shi，就jiu自zi動dong報bao警jing並bing采cai取qu相xiang應ying的de措cuo施shi
，確que保bao安an全quan。

圖3 新型氫氣濃度探測器外型

二 遵守安全使用規則，氫氣很安全國內外大量的使用氫的實踐經驗表明：氫有著不安全的使用記錄。表1為美國1967～1977年十年中的工業用氫事故進行的統計分析
，把收集到的145起事故原因分成以下7類：

表1：工業界氫事故

上述事故還必須和著火補充條件相結合才能釀成災禍。這兩個著火補充條件就是：(1)要有火源(包括：熱點火源和電的點火源
，其中也包括靜電和氣體摩擦、衝波等等)
；(2)qingqigenkongqihuoyangqidehunhewunongduyouyidingyaoqiu，guogaohuoguodidoubuxing。quecilianggetiaojian
，rengbuhuizaochengshigu。zaizhexietongjidegongyeshiguzhong
，qingzhishizuoweishiyoujinglian、lvjiangongyehuohedianchangzhongdefuchanpinhuofeiqilaiduidai
，bingweizhenzhengshejidaotazaiqingnenglingyuzhongdeshiyong。shijishang，tongguoyangedeguanliherenzhendezhixinganquancaozuoguicheng，qizhongjuedabufendeshigudoushikeyixiaochude。san 曆史上最著名的“氫氣冤案”興登堡(Hindenburg)飛艇是20世(shi)紀(ji)德(de)國(guo)人(ren)為(wei)洲(zhou)際(ji)旅(lv)行(xing)設(she)計(ji)的(de)大(da)型(xing)裝(zhuang)載(zai)工(gong)具(ju)。興(xing)登(deng)堡(bao)飛(fei)艇(ting)原(yuan)是(shi)按(an)氦(hai)氣(qi)作(zuo)升(sheng)降(jiang)工(gong)質(zhi)而(er)設(she)計(ji)的(de)，該(gai)飛(fei)艇(ting)已(yi)成(cheng)功(gong)地(di)完(wan)成(cheng)了(le)歐(ou)洲(zhou)到(dao)美(mei)國(guo)的(de)十(shi)餘(yu)次(ci)往(wang)返(fan)飛(fei)行(xing)

，由(you)於(yu)德(de)國(guo)人(ren)當(dang)時(shi)不(bu)可(ke)能(neng)從(cong)美(mei)國(guo)得(de)到(dao)大(da)量(liang)的(de)氦(hai)，所(suo)以(yi)不(bu)得(de)不(bu)改(gai)用(yong)氫(qing)作(zuo)工(gong)質(zhi)。1937年5月6日的興登堡飛艇改用氫的首次飛行
，計劃在美國新澤西州的萊赫斯特(Lakehurst)海軍機場著陸，當飛艇到達該機場的前一小時
，機場地區下了一場大的雷陣雨，大氣中還存在靜電較高的氣層。

由於飛艇降落時必須放出一部分氫氣，而排氫時最容易產生靜電發火效應
，因而發生了大火災，造成35人死亡
，65renxingcun。qingqishijueduibunengzuofeitinggongzhide，yinqingqiliudongbenshenjiuhuichanshenghengaodejingdianweierfahuo
，jishilaikehesitejichangbuxialeiyu
，yeshiyizhongweifananquanshiyongtiaolidehuodong。tu4是當時正好在現場的攝影記者拍攝的興登堡號飛艇著火瞬間。

圖4 興登堡號飛艇著火瞬間

關於1937nianxingdengbaozainanfashengdeyuanyin
，guoquyibanrenweishiyouyufeitinglichongleqingeryinqide，shiderenmenduiqinganquandeyilvjiashen。danshi，jishinianhou，meiguoyuhangjulaozigedeqingnengzhuanjiaAddison Bain為(wei)氫(qing)進(jin)行(xing)了(le)平(ping)反(fan)。他(ta)研(yan)究(jiu)當(dang)時(shi)目(mu)擊(ji)者(zhe)拍(pai)攝(she)的(de)照(zhao)片(pian)，發(fa)現(xian)飛(fei)艇(ting)並(bing)沒(mei)有(you)爆(bao)炸(zha)，就(jiu)有(you)明(ming)顯(xian)可(ke)見(jian)的(de)火(huo)焰(yan)。事(shi)實(shi)上(shang)，氫(qing)氣(qi)消(xiao)散(san)得(de)非(fei)常(chang)快(kuai)，肯(ken)定(ding)是(shi)非(fei)氫(qing)物(wu)質(zhi)在(zai)燃(ran)燒(shao)。而(er)興(xing)登(deng)堡(bao)飛(fei)艇(ting)的(de)氣(qi)袋(dai)，用(yong)易(yi)燃(ran)的(de)化(hua)合(he)物(wu)處(chu)理(li)過(guo)，導(dao)電(dian)性(xing)差(cha)

，容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)靜(jing)電(dian)，且(qie)極(ji)易(yi)著(zhe)火(huo)。由(you)此(ci)得(de)出(chu)結(jie)論(lun)，造(zao)成(cheng)興(xing)登(deng)堡(bao)飛(fei)艇(ting)慘(can)案(an)的(de)原(yuan)因(yin)並(bing)不(bu)是(shi)氫(qing)。人(ren)類(lei)航(hang)天(tian)史(shi)上(shang)另(ling)一(yi)個(ge)重(zhong)大(da)悲(bei)劇(ju)是(shi)1996年1月28日11點38分美國挑戰者號航天飛機起飛73秒(miao)後(hou)的(de)爆(bao)炸(zha)。已(yi)經(jing)查(zha)明(ming)原(yuan)因(yin)是(shi)由(you)於(yu)固(gu)態(tai)燃(ran)料(liao)助(zhu)推(tui)火(huo)箭(jian)上(shang)的(de)密(mi)封(feng)圈(quan)失(shi)效(xiao)


，首(shou)先(xian)在(zai)助(zhu)推(tui)火(huo)箭(jian)側(ce)麵(mian)產(chan)生(sheng)火(huo)苗(miao)，破(po)壞(huai)了(le)主(zhu)燃(ran)料(liao)箱(xiang)供(gong)應(ying)管(guan)路(lu)，引(yin)起(qi)燃(ran)料(liao)泄(xie)漏(lou)和(he)著(zhe)火(huo)，同(tong)時(shi)也(ye)使(shi)其(qi)他(ta)燃(ran)料(liao)箱(xiang)中(zhong)燃(ran)料(liao)著(zhe)火(huo)
，最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)事(shi)故(gu)發(fa)生(sheng)。此(ci)時(shi)
，因(yin)為(wei)使(shi)用(yong)任(ren)何(he)燃(ran)料(liao)都(dou)會(hui)出(chu)事(shi)故(gu)。因(yin)此(ci)，人(ren)們(men)並(bing)沒(mei)有(you)將(jiang)該(gai)事(shi)故(gu)歸(gui)罪(zui)於(yu)氫(qing)。四(si) 重視氫氣安全是好事任何新燃料的更替，都會遭到懷疑，甚至反對。當年汽油剛出現時，就是如此，一直吵到美國國會。根據1875年美國國會記錄，“波士頓的工程師製造出汽油，用在發動機活塞筒內汽油爆炸的方式代替燃料在鍋爐裏燃燒。所以，危險是顯而易見的”。今jin天tian
，科ke學xue和he實shi踐jian都dou證zheng明ming了le當dang年nian美mei國guo國guo會hui記ji錄lu的de無wu知zhi。現xian在zai
，當dang氫qing氣qi作zuo為wei汽qi油you的de替ti代dai燃ran料liao遇yu到dao同tong樣yang的de質zhi疑yi，毫hao不bu奇qi怪guai。不bu過guo這zhe回hui
，美mei國guo能neng源yuan部bu說shuo話hua了le：“可以安全地生產、儲存和輸送氫氣”。美國宇航局也表態：“航天部門處理氫的經驗表明，氫發生事故的機率很小”。

總之
，氫氣是一種安全性較高的燃料，國內外長期的氫氣操作經驗告訴我們，隻要嚴格遵守規定，不會發生氫氣安全事故。