北京
来源：科技日报
科技日报记者 陈曦
前不久，我国首个10万户级天然气掺氢规模化应用项目在山东省潍坊市正式启动。这意味着，当地10万户居民的家中，灶台里燃烧的将不再是纯粹的天然气，而是混入了氢气的掺氢天然气。这一事件标志着，我国氢能利用已经从概念走向现实。
那么，为什么要在天然气中掺入氢气？天然气掺氢对公众生活有何影响？科技日报记者就此采访了相关专家。
为天然气“增绿”
天然气掺氢，顾名思义，就是将氢气以一定的体积比例，注入到现有的天然气管网中，形成一种新的混合燃料气体。
氢气被誉为21世纪最清洁的二次能源，其燃烧产物只有水，可以实现零碳排放。而天然气的主要成分是甲烷，燃烧后会产生二氧化碳。
“把利用风电、光伏等可再生能源制取的氢气掺入天然气管网，可以在同等供热条件下置换部分甲烷，降低混合燃气的碳排放强度，为天然气‘增绿’。”天津大学化工学院助理研究员周宏达在接受科技日报记者采访时说。
在潍坊的项目中，通过在天然气中掺氢，当地每年最高可以消纳氢气1300万立方米。根据初步测算，如果全国城镇燃气都能实现10%的掺氢比例，每年可以减少二氧化碳排放约3000万吨，降碳成效显著。
“虽然绿氢具备清洁低碳的优势，但储运成本高一直制约着氢能的规模化推广。”周宏达进一步说，把氢气掺入天然气管网，是目前低成本规模化氢气应用的最优途径。我国现有总里程约12万公里的长输天然气管网，经适应性改造后可以输送低比例掺氢天然气。相比新建纯氢输送管网，这种方式可以使投资成本降低60%到80%。
安全有保障
对于普通老百姓来说，最关心的问题就是掺氢天然气的使用体验感、安全性以及价格。
对于居民使用体验，周宏达说：“氢气与天然气的燃烧特性存在差异，氢气火焰传播速度比天然气快。理论上，在灶具不改造的情况下，掺氢后燃烧反应速度会稍微加快，火焰形态稍有变化，热负荷（即火力）可能会有微弱的提升。”
不过，在实际应用中，潍坊项目采用10%的低比例掺氢方案，混合燃气的热值（即单位体积燃气完全燃烧所释放的热量）基本保持不变。“居民在使用燃气灶时，几乎感觉不到火焰形态或火力的差异，也无需更换任何原有燃气设备，炒菜习惯完全不受影响。”周宏达进一步说，除此之外，天然气掺氢还能优化燃气燃烧工况，使烟气中的一氧化碳排放量大幅降低，从而提升厨房用气的洁净度。
安全是所有能源技术落地应用的前提。氢气分子量小、穿透性强，看似容易泄漏；其在空气中的体积爆炸极限为4%到75.6%，范围远宽于天然气，乍听之下十分危险。
“不过，这里需要区分‘理论上的危险’与‘实际中的风险’。”周宏达进一步说，“爆炸极限宽只说明一旦达到该浓度就可能爆炸，而实际泄漏后能否达到这一浓度，取决于气体的积聚能力。”
氢气扩散速率远高于天然气，一旦泄漏，会迅速在空气中分散并向上逃逸，很难在局部空间内积聚到4%的爆炸下限。“相比之下，天然气泄漏后更容易在地面或低洼处汇集，反而更易接近爆炸浓度。因此，在通风正常的居家环境中，掺氢10%到20%的管道燃气并不会比普通天然气更危险。”周宏达补充道。
除此之外，在掺氢项目实施前，相关部门已经对当地的燃气管网、阀门、计量表等基础设施进行了全面的适应性评估和测试，确保其在长期运行中能抵御“氢脆”（即氢气导致金属材料变脆）等潜在风险。掺氢比例10%到20%已经通过国内多项管网试验验证，适配城镇燃气运行工况，具备技术安全性。
对于价格，周宏达表示：“目前，氢气的生产成本仍然高于天然气，因此短期内掺氢天然气的价格可能会有小幅波动。不过，从长远来看，随着电解水制氢技术迭代和产业规模化生产，氢气的成本具备持续下行空间。”
数据显示，电解水制氢设备的成本在过去两年已大幅下降，预计到2027年将进一步降低。届时，掺氢天然气将兼具环保属性与经济优势。更重要的是，掺氢天然气的规模化应用能有效消纳西部地区富余风电、光电，减少新能源弃电浪费，从能源结构层面降低全社会的用能成本。
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