Nexis视角丨岛津GC在氢能产业链构建中的典型应用（下篇）
岛津助力氢能产业发展，诚邀您参加6月1日岛津在“第六届石油化工分析技术与应用“网络研讨会中的主题讲座：
6月1日 10:00--10:30
岛津GC在氢能产业链构建中的应用
李学伟 岛津分析计测事业部市场部
主要内容：
（1）制氢环节的GC应用；
（2）氢能储运和利用环节的GC应用；
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全球能源行业正经历着以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革，氢能作为一种清洁、高效、可持续的二次能源，同时兼有来源广、燃烧热值高、能量密度大、可储存、可再生的特点，成为节能减排和能源变革过程中非常重要的能源互联媒介。
2020年9月，国际能源署（IEA）发布了以下构想：（1）2050年时，氢气产量将从目前的每年7200万吨增加到2亿7000万吨；（2）2050年时，绿氢的成本将从目前的约7.5美元/kg降低到2美元/kg；（3）2050年时，绿氢和蓝氢在氢气总产量中的比重将从目前的11%提高到86%。氢能将在全球能源转型中发挥关键作用，尤其在难减排的行业（如化工、钢铁、长途卡车运输、海运和航运等行业）具有重要应用潜力。
图1. 氢能全产业链图示
技术创新在整个氢能产业链构建过程中至关重要，岛津长久以来一直致力于提高气相色谱的性能，通过技术创新，不断发展岛津特色气相色谱技术和产品。目前岛津创新气相色谱技术已经广泛用于上图所示的氢能产业链中，从介质阻挡放电等离子体检测器（BID）、硫化学发光检测器（SCD）到气相色谱平台Nexis GC-2030加强版等。在《Nexis视角：岛津GC在氢能产业链构建中的典型应用（上篇）》中，我们介绍了岛津创新BID检测器的应用。本篇我们将为您继续分享岛津创新气相色谱技术在此流程中的应用实例。
氢气中杂质超标不仅会影响到储存、转运、充装过程的安全，而且更严重的是会影响能源电池的转化效率、使用寿命和使用安全。国内现有天然气制氢、煤制氢、可再生能源制氢、电解水制氢、工业副产物制氢等多种方式，不同的生产工艺和纯化方式所产生的的杂质各不相同，因此杂质分析是氢燃料电池用氢品质控制的重要部分。
本例按照《GB/T 37244-2018质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》的质量要求，部分参考《ISO 21087-2019 Gas analysis - Analytical methods for hydrogen fuel-Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles》的基础上建立了氢燃料电池用氢气中He、Ar、O2、N2、CO、CO2、CH4和THC的分析方法。
图2. 气相色谱流路图
利用岛津Nexis GC-2030加强版，分析系统由一个十通阀，两个六通阀，四根色谱柱，一个甲烷转化炉MTN，一个FID检测器和一个TCD检测器组成。此联用系统实现了一次进样同时完成氢气中总烃(以CH4计)及He、Ar、O2、N2、CO、CO2、CH4八种杂质的分析，能很好满足氢燃料电池用氢气中杂质的分析要求。
图3.TCD色谱图
图4.FID色谱图
对于氢燃料电池来说，即使痕量水平（nmol/mol）的硫化物也会导致不可逆的催化剂中毒，损伤并缩短燃料电池的寿命，因此快速高效测定H2中痕量硫化物至关重要。本例使用Nexis SCD-2030测定氢气中硫化氢、羰基硫、甲硫醇、乙硫醇、甲硫醚、二硫化碳、叔丁硫醇、甲基乙基硫醚、乙硫醚、四氢噻吩等组分。其具有分析时间短，灵敏度高、重复性好等特点，与样品预浓缩装置联机后，可以很好满足《GB/T 37244-2018 质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》的分析要求。
图5. SCD分析痕量硫化物色谱图-1
图6. SCD分析痕量硫化物色谱图-2
中国测试技术研究院技术人员通过长期、深入、系统的研究，开发出一整套燃料电池用氢气中痕量硫化物的低温富集-GC-SCD在线分析系统（基于半导体制冷的低温富集装置CED-S-2020），研发成果发表于《Chinese Chemical Letters》, 作为分析系统检测部分的核心，岛津Nexis SCD-2030硫化学发光检测器大显身手。
图7.低温富集-GC-SCD在线分析系统分析色谱图
中国能源“十四五”规划把氢能和燃料电池技术列为能源技术装备的主攻方向和重点任务，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，将推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。岛津以Nexis GC-2030加强版气相色谱仪、BID检测器、SCD检测器等为代表的创新气相色谱技术将持续助力相关检测工作，为行业发展作出贡献。
参考资料：
1.https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202203/t20220323_1320038.html?code=&state=123
2. 岛津应用No. GC-164. 岛津Nexis GC-2030 SCD测定氢气中微量形态硫.
3. 岛津应用No. GC-165. Nexis GC-2030分析氢燃料电池用氢气中总烃及无机气体杂质.
4. 潘义,邓凡锋,王维康,杨嘉伟,张婷,林俊杰,龙舟,姚伟民,方正.车用燃料氢气中杂质组分分析方法标准化现状与探讨——以质子交换膜燃料电池汽车为例[J].天然气工业,2021,41(04):115-123.
5、Yi P, Feng F D, Zheng F, et al. Integration of cryogenic trap to gas chromatography-sulfur chemiluminescent detection for online analysis of hydrogen gas for volatile sulfur compounds[J]. Chinese Chemical Letters, 2021（DOI：10.1016/j.cclet.2021.05.067）.
6. 国际能源署（IEA）《全球氢能评估报告2021》.
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