該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

資訊     2021年10月14日

美國為限制中國航天發展,在哪裡動了手腳?

美國作為液氫生產大國,一直對中國採取「嚴格禁運,嚴禁交流」的策略,同時還限制其同盟國的公司,例如法液空、林德公司等向中國出售設備和技術。

美國為什麼要這麼卡我們脖子?看看中國航天就好了。拿長征五號運載火箭來說,我們的空間站、探月都離不開這個直徑5米的「胖子」,我們靠它實現了航天史上質的飛躍,大幅提升了我國自主進入空間的能力,起飛重量達到878噸,這麼大的推力靠的是液氫/液氧推進劑。美國妄想把液氫技術控制住,這種可恥的戰略,能不能限制中國航天事業的騰飛呢?當然不能。

在技術封鎖下,我國很長一段時間內不具備獨立研發大規模氫液化裝置的能力,嚴重限制了我國氫能產業的發展。中國航天怎麼辦?別擔心,2021年9月20日航天科技集團六院101所正式宣布:我國自主研製的首套產量達到噸級的氫液化系統調試成功,並實現了連續穩定生產。

該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

北京101所獨立研製的大型液氫裝置

我們先來看一串數據。國外的氫液化技術發展較早,技術較為成熟。國內起步較晚,技術與國外存在較大差距。從液氫產能來看,北美占了全球液氫產能總量的85%以上,美國本土已經有15座以上的液氫工廠,每天產能達到326噸,全球第一,包括加拿大每天80噸的產能也被美國霸占。早在1985年美國的總產能就達到了154噸/天,近年來美國開始建設新的液化氫工廠,擴大產能,到2021年的產能超過500噸/天。歐洲有4座液氫工廠,產能達到24噸/天。在亞洲有16座工廠,總產能為38.3噸/天,但是日本就占了三分之二。

我國3座航天液氫工廠都用了法國設備

而我國在用的液氫工廠僅有海南文昌、西昌基地和北京航天試驗技術研究所(101所),都是服務於航天火箭發射,總產能只有可憐的4噸/天,最大的海南文昌液氫工廠產能也只有2噸/天。其中,文昌和西昌工廠均隸屬於中國化工集團公司,當祖國的國防和航天事業需要新型推進劑時,中化集團的藍星航天勇擔使命,先後成立藍星(西昌)航天公司、藍星(海南)航天公司,想盡辦法突破限制,不惜重金採購了世界上最先進的法液空公司成套冷箱設備和指定配套的德國凱撒公司的壓縮機、比利時公司的分析儀,利用這些一流的設備護航中國航天事業,其中西昌液氫工廠投資就達1.5億元。而北京101所的液氫生產廠在2006年獲得批准建設,同樣是引進的法液空公司氫液化主體設備。

該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

北京101所獨立研製的大型液氫裝置

我國獨立大規模液氫生產突破了美國的限制

雖然我們與國際先進水平還有差距,但是掌握獨立的研發大規模氫液化裝置的能力,是氫能納入我國能源戰略的關鍵一環,不能在這裡受制於人。

液氫的生產通常用3種方法,分別是節流氫液化循環、帶膨脹機的氫液化循環和氦製冷氫液化循環。目前世界上在用的大型氫液化裝置都以液氮預冷的克勞德循環為基礎發展而成。比如,德國1991年建設的Ingolstadt氫液化裝置,2007年建立的第二個氫液化工廠。

我國早在1953年,從民主德國訂購了小型液化空氣機、氫與氦壓縮機等設備,這些低溫設備成為我國低溫事業的起始點。1956年我國自己設計、自行加工的第一台林德型氫液化器調試成功,在國內首先獲得液氫,但小時產量只有6升。雖然在上世紀末我國自主開發了氦膨脹機製冷的小型氫液化裝置,但產品質量和製造水平與美國等已開發國家差距還是很大。

該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

北京101所獨立研製的液氫裝置

於是西安交通大學和北京101所聯合開展技術攻關,瞄準兩個方向進行突破,一是正仲氫轉化催化劑研究,另一個是透平膨脹機核心部件研製。之前,我國沒有國產商品化的氫透平膨脹機,氫液化的核心設備完全依賴於進口。國際上林德、法液空兩家公司是全球範圍內最具實力的氫液化設備供應商。美國企業也有相關設備,但是美國對我們還是實行氫液化設備禁運政策,這都使得我國獲取成本高昂,價格談判也處於被動地位。不僅如此,在百年未有之大變局之下,萬一世界形勢變化,我們還能不能買來這樣的設備,即使能買來,遇到運行不穩定維護存在多大的困難都是現實問題。

該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

北京101所獨立研製的大型液氫裝置

萬幸的是,西安交大和北京101所強強聯合,已經克服了這些困難,突破了技術難題,把問題解決了。歷時400多天,90%以上採用國產設備,101所在今年9月9日正式宣布:我國首套具有自主智慧財產權,基於氦膨脹製冷循環的氫液化系統調試成功,產出液氫、仲氫含量97.4%,在具有自主智慧財產權的液氫規模化生產方面填補了白。這可非同小可,戰略意義太重大了,以後以液氫液氧為推進劑的大推力運載火箭,再也不擔心燃料不夠,國外會不會卡脖子了,因為我們能自己獨立供給了,今後我國的運載火箭將可以使用國產液氫作燃料了。這套系統已按計劃順利完成自動停機復溫程序,實現連續穩定生產,設計液氫產量為1.7噸/天,實測滿負荷工況產量為2.3噸/天。

該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫
該國再想卡脖子難了,中國航天運載火箭燃料將用上自家產的液氫

參考資料:

《低溫王國拓荒人 洪朝生傳》秦金哲,馮豐

《能源新希望 氫能》王建國

《大規模氫液化方法與裝置》 西安交通大學陳雙濤等

《航天101所研製的我國首套自主智慧財產權氫液化系統調試成功》北京航天試驗技術研究所

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