前沿拓展：

現(xiàn)代住宅主要依賴電和天然氣供應(yīng)能量來滿足我們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟆Ｉ掀跉淦鏆淙ぃ覀優(yōu)榇蠹医榻B了氫氣作為能量載體彌補太陽能間歇性，實現(xiàn)離網(wǎng)建筑全年不間斷供能的范例。在其相應(yīng)的能量系統(tǒng)中，氫氣作為能量載體保存富余太陽能，并在太陽能不足的時候通過氫燃料電池技術(shù)為房屋提供電能。那么，除了清潔發(fā)電外，氫氣又能否替代天然氣在我們生活中扮演的角色呢？可能的話，氫氣將如何作為一種燃料取代天然氣呢？本期氫奇氫趣，我們將帶大家探尋答案。

替代天然氣？

天然氣是我們家居生活中最常用到的燃料，它滿足了我們?nèi)粘Ｉ畹暮芏嘈枨螅缛∨崴⑴腼兊取Ｌ烊粴獾闹饕煞质羌淄椋旧硎且环N溫室效應(yīng)顯著的氣體。同時，天然氣燃燒產(chǎn)生大量的二氧化碳，也導(dǎo)致了顯著的碳排放。在全球碳中和的目標(biāo)下，實現(xiàn)氫氣對天然氣的替代對碳減排具有重要的意義。

天然氣與氫氣

氫氣，作為一種燃料，具有燃燒熱值高以及清潔無碳排放等優(yōu)點。然而，與天然氣相比，氫氣具有明顯更高的火焰速度、更大的可燃范圍并且可能在更高的溫度下燃燒。這些特性都對其相應(yīng)燃氣裝置的設(shè)計提出了重大的工程挑戰(zhàn)。另一個關(guān)鍵的技術(shù)問題則是火焰故障裝置（FFD），該裝置用于檢測火焰的存在，并在火焰熄滅后關(guān)閉氣體供應(yīng)。此外，由于氫氣的燃燒特性不同，諸如管道、熱交換器和氣體閥門等部件將需要重新開發(fā)。然而，從天然氣到氫氣轉(zhuǎn)變過程中的諸多問題無法阻擋科技的步伐以及全球各國脫碳的決心。在世界各地，人們都在進行著從混氫天然氣輸氫到相應(yīng)燃氣裝置設(shè)計等多個環(huán)節(jié)的嘗試并開啟了多種示范項目。從用戶端來看，在氫能的未來，我們在日常生活中將如何與氫氣相處，氫氣將扮演怎樣的角色呢？

英國——開放氫能住宅

位于英國 Gateshead, Low Thornley的這座氫能住宅似乎給出了一些答案，它由兩座半獨立式住宅組成，是由天然氣分銷商Cadent和Northern Gas Networks（NGN）以及政府的商業(yè)、能源和工業(yè)策略部（BEIS）合作建造的，旨在為公眾提供未來零排放住宅的體驗。該住宅已于2021年7月15日對外開放。

位于英國 Gateshead, Low Thornley的氫能住宅

氫能住宅將首次讓公眾真實體驗以氫氣為燃料的未來，使他們能夠與一系列100%以氫氣為燃料的家用設(shè)施（燃氣壁掛爐、灶具、火爐等）互動。在開放期間，該氫能住宅將輪流陳列來自不同生產(chǎn)商的家用設(shè)施，并尋求用戶的體驗反饋。接下來，我們就帶大家來看幾種氫能家用產(chǎn)品。

氫能燃氣壁掛爐

如其所言，氫氣燃氣壁掛爐是一種燃燒氫氣的鍋爐。它的工作方式與天然氣鍋爐非常相似，通過燃燒氣體，進而產(chǎn)生可用于加熱水的熱煙氣。熱水可以供家庭直接使用或泵送至暖氣裝置為家庭供暖。由于氫氣是一種比甲烷更稀薄的氣體，鍋爐的某些部分包括火焰檢測器和燃燒器等可能略有不同，但它們的工作方式大致相同。

氫能燃氣壁掛爐內(nèi)部構(gòu)造示例

在英國的這座氫能住宅中，運行著來自Baxi Heating 和 Worcester Bosch的氫能燃氣壁掛爐。它們采用了與目前市場上傳統(tǒng)燃氣壁掛爐相同的外殼設(shè)計，這意味著它們與傳統(tǒng)燃氣壁掛爐擁有相同的尺寸和形狀，并使用相同的控制器。開啟開關(guān)時，氫能燃氣壁掛爐以熟悉的聲音啟動，并在幾分鐘內(nèi)使暖氣裝置開始制熱，提供我們習(xí)以為常的傳統(tǒng)天然氣壁掛爐所能提供的即時熱量。而在用戶終端，我們并不需要做出什么改變。

Worcester Bosch與Baxi Heating 氫能燃氣壁掛爐

當(dāng)然，除以上提到的兩家公司外，也有多個制造商，包括Vaillant、Ideal Heating以及Viessmann等，也在致力于研發(fā)氫能燃氣壁掛爐。

Vaillant氫能燃氣壁掛爐

氫能爐具

氫能住宅里也展示了一套來自Belling and Stoves的爐具，包括爐灶和烤箱。同樣地，該套爐具與我們目前日常用的天然氣爐具看起來并無不同。

Belling and Stoves氫能爐具

而在工作過程中，這套爐具與傳統(tǒng)天然氣爐具的不同之處在于：

1）火焰顏色：我們習(xí)慣于天然氣的藍色火焰，而橙色或黃色的火焰是一個不好的信號，表明燃燒效率低，碳排放高。然而，未來健康安全的氫氣火焰將是明朗的黃色/橙色。

2）火焰?zhèn)让鏈囟龋?/span>天然氣火焰四周都很熱，而氫氣火焰的側(cè)面明顯較為涼爽。這是由于氫氣比天然氣上升得更快，輻射熱更小，因此氫氣火焰向周圍散發(fā)的熱量更少，更多的熱量能傳至廚具內(nèi)。

氫能爐具用于燒水

氫能爐具用于炒菜

此外，爐具還配備了安全功能，如當(dāng)燃燒器意外打開時，灶臺上會有LED指示燈顯示。氫氣是天然無味的，但與天然氣一樣，如果供應(yīng)給公眾家庭，會在其中加入一種氣味，以便用戶發(fā)現(xiàn)泄漏。當(dāng)然，目前也有家用的氫氣探測器正在開發(fā)過程中，相信在未來能夠提供更安全的保障。

其實，在此前，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實驗室（EMPA）就開發(fā)了一個氫能爐灶，與上述氫能住宅中爐具不同的是，該爐灶的外觀更像一個電磁爐。

EMPA氫能爐灶

該爐灶利用氫氣催化燃燒所產(chǎn)生的熱量工作。催化氫氣燃燒是一種涉及異質(zhì)催化劑的全氧化反應(yīng)，它非常適用于需要避免火焰的應(yīng)用場景。在EMPA的氫能爐灶中，高度多孔的SiC板上涂有鉑金作為氫氣催化燃燒催化劑。通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以從多孔SiC板的底部提供氫氣，從頂部提供空氣。燃料和氧化劑只在多孔的燃燒區(qū)混合以防止不受控制的燃燒的發(fā)生。

EMPA氫能爐灶構(gòu)造原理示意圖

氫能壁爐

在這座氫能住宅中，還安裝了一個來自Gazco的氫能壁爐。除了點火時"吱吱啪啪"的聲音外，氫能壁爐的外觀和體驗與天然氣壁爐并無不同。這個原型壁爐用溫暖的橙色光芒照亮了房間，并且能夠迅速釋放大量的熱量，溫暖它所在的房間。

Gazco氫能壁爐

同時，為了保證氫氣使用的安全性，該氫能住宅還安裝了Fastsense公司生產(chǎn)的氫氣傳感器。它的工作原理類似于一氧化碳報警器，用于檢測氫氣泄漏。但與一氧化碳報警器不同的是，氫氣傳感器必須安裝在天花板上，因為氫氣極輕，會飄至室內(nèi)空間的最上方。

整體體驗

這座氫能住宅的參觀者表示：“氫能住宅內(nèi)的體驗與任何其他現(xiàn)代住宅十分相似。氫能設(shè)施的外觀和操作與我們目前擁有的天然氣設(shè)備并無不同。” 這也說明，隨著技術(shù)的進步，家用燃料從天然氣到氫氣的轉(zhuǎn)換雖翻天覆地，但作為用戶端的我們并不需要做出太多行為或習(xí)慣上的改變。

住宅內(nèi)部構(gòu)造

住宅內(nèi)部構(gòu)造

住宅內(nèi)部構(gòu)造

結(jié)語

本期氫奇氫趣，我們介紹了在英國這座對外開放的氫能住宅中，供公眾體驗的幾款氫能家用產(chǎn)品及一些相關(guān)的產(chǎn)品。事實上，除了本期提到的公司及其相應(yīng)的產(chǎn)品外，世界各國還有很多公司致力于各行各業(yè)的脫碳化，我們將在未來的氫奇氫趣板塊陸續(xù)為大家介紹。

本文參考信息及圖片來源：

https://cadentgas.com/news-media/news/july-2021/first-hydrogen-homes-open-to-the-public

https://www.viessmann.co.uk/heating-advice/how-do-hydrogen-boilers-work

https://www.which.co.uk/news/2021/11/hydrogen-boilers-and-other-appliances-what-are-they-like-to-use/

https://www.youtube.com/watch?v=-FW2eg7Tf7I

https://www.youtube.com/watch?v=eO3lzIxCbQA

https://www.vaillant-group.com/stories-en/green-light-for-hydrogen/

拓展知識：