儲運(yùn)環(huán)節(jié)的技術(shù)難題和居高不下的成本是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。近年來，隨著氫能發(fā)展熱度的上升，儲氫環(huán)節(jié)的發(fā)展進(jìn)度也隨之不斷加快。
近期代表事件包括：2月上旬，未勢能源自主研發(fā)的第二代70MPa-57L Ⅳ型儲氫瓶質(zhì)量儲氫密度超越美國DOE標(biāo)準(zhǔn)10.9%達(dá)到6.1wt%;國內(nèi)首個(gè)移動式液氫運(yùn)輸容器團(tuán)標(biāo)T/CATSI 05007—2023《移動式真空絕熱液氫壓力容器專項(xiàng)技術(shù)要求》正式發(fā)布;中國化學(xué)、中氫源安采用有機(jī)液體儲氫技術(shù)的裝置建成投用……
整體來看，國內(nèi)當(dāng)前在儲氫領(lǐng)域的發(fā)力點(diǎn)包括氣態(tài)儲氫瓶組、低溫液態(tài)儲氫、有機(jī)液態(tài)儲氫及固態(tài)儲氫等方向，但受研發(fā)起步時(shí)間不同、技術(shù)成熟度不同、參與企業(yè)實(shí)力不同等影響，這些儲氫形式的發(fā)展進(jìn)程也不盡相同，詳見下文：
氣態(tài)儲氫瓶組：產(chǎn)業(yè)化初步形成，儲氫能力不斷進(jìn)階中
高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)是目前發(fā)展最為成熟的儲運(yùn)方式，預(yù)計(jì)未來一段時(shí)間內(nèi)高壓氣態(tài)儲氫依然會是主要的儲氫方式。
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域劃分，氣態(tài)儲氫瓶又包括加氫站用儲氫瓶組及車載儲氫瓶等，參與企業(yè)以中集氫能科技、中材科技、國富氫能、科泰克、天海工業(yè)、浙江藍(lán)能、佛吉亞斯林達(dá)等具備特種設(shè)備生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)為主。
站用儲氫瓶組方面，目前國內(nèi)站用儲氫容器基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，主流供應(yīng)商包括中集氫能科技、浙江藍(lán)能、中材科技等，此前35 MPa加氫站用儲氫容器的設(shè)計(jì)壓力一般取45～50 MPa，但隨著70 MPa加注壓力需求的提高，各大企業(yè)均已開發(fā)出80～100 MPa的配套產(chǎn)品，并推進(jìn)向更大容積、更大直徑發(fā)展。
車載氫氣瓶主要分為：Ⅲ型鋁內(nèi)膽碳纖全纏(35MPa/70MPa)，Ⅳ型塑料內(nèi)膽碳纖全纏(35MPa/70MPa)。目前車載領(lǐng)域應(yīng)用以35MPa居多，其中乘用車則以70MPa為主。
從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展來看，Ⅲ型瓶的產(chǎn)品技術(shù)已相當(dāng)成熟，成本在可控范圍。IV型瓶由于輕量化、高壓力、高儲氫質(zhì)量比和長壽命等優(yōu)點(diǎn)，是參與企業(yè)下一步的發(fā)展重點(diǎn)，中材科技、中集、天海工業(yè)、佛吉亞斯林達(dá)、龍?bào)纯萍?、未勢能源等企業(yè)均已研發(fā)出IV型瓶產(chǎn)品。
此外，由于下游應(yīng)用市場體量更大，氫車示范帶來的市場需求明顯增加，因此車載儲氫瓶該領(lǐng)域的市場競爭相較站用方面更加激烈，除了爭相實(shí)現(xiàn)IV型瓶的研發(fā)突破，儲氫瓶產(chǎn)業(yè)鏈投資、擴(kuò)產(chǎn)發(fā)展也在同步提速：
中集、中材科技、致遠(yuǎn)新能等國內(nèi)企業(yè)正加緊儲氫瓶產(chǎn)線的建設(shè)，以彼歐為代表的國外企業(yè)同樣“嗅到”國內(nèi)儲氫瓶商機(jī)，聯(lián)合申能在中國設(shè)立生產(chǎn)基地及研發(fā)中心。
低溫液態(tài)儲氫：步入民用探索期，投資熱度攀升
液氫是一種深冷的氫氣存儲技術(shù)。氫氣經(jīng)過壓縮后，深冷到21K以下使之變?yōu)橐簹?，然后存儲到特制的絕熱真空容器中。常溫、常壓下液氫的密度為氣氫的845倍，液氫的體積能量密度比壓縮貯存高，在氫能應(yīng)用中具備儲運(yùn)運(yùn)量更大、純度高、充裝更快、占地更小等優(yōu)勢。
長期以來，國內(nèi)液氫主要用于航天和軍工領(lǐng)域，民用液氫推進(jìn)緩慢，氫液化設(shè)備也主要由美國空氣產(chǎn)品、普萊克斯、德國林德等廠商提供。
隨著國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)興起，這一局面在慢慢得以改善。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2022年國內(nèi)儲運(yùn)投資項(xiàng)目中，液氫投資項(xiàng)目最多，投資熱度持續(xù)攀升。
企業(yè)方面，民用液氫領(lǐng)域現(xiàn)已匯聚了中集、中科富海、航天101所、國富氫能、富瑞深冷、鴻達(dá)興業(yè)、寶武太鋼等一批優(yōu)秀機(jī)構(gòu)和企業(yè)，在相關(guān)技術(shù)上屢獲重大突破，代表事件包括：
今年2月8日，富瑞特裝子公司富瑞深冷獲得法國船級社頒發(fā)的全球首套船用液氫燃料罐的原則性認(rèn)可(AiP)證書;去年12月，中科富海首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)1.5TPD氫液化裝置調(diào)試成功;6月，寶武太鋼國內(nèi)首發(fā)液氫專用不銹鋼產(chǎn)品并通過相關(guān)認(rèn)證，填補(bǔ)了國內(nèi)民用液氫壓力容器用不銹鋼的空白;3月，國富氫能首臺民用大型液氫儲存容器開工，儲氫量超過14噸，包含加氫站用液氫儲罐和大型氫液化工廠用液氫儲罐……
標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，國家已發(fā)布液氫生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸?shù)膰覙?biāo)準(zhǔn)，近日中集安瑞科牽頭起草的T/CATSI 05007—2023《移動式真空絕熱液氫壓力容器專項(xiàng)技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也正式發(fā)布，使移動式真空絕熱液氫壓力容器的設(shè)計(jì)和制造有標(biāo)可依，為液氫進(jìn)入市場化發(fā)展提供重要支撐。
整體看來，我國的液氫發(fā)展進(jìn)入民用探索期，相關(guān)投資和項(xiàng)目密集出現(xiàn)，催動了企業(yè)投入液氫制取、存儲、運(yùn)輸、應(yīng)用及相關(guān)裝備體系的研發(fā)生產(chǎn)，以及標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。國內(nèi)液氫發(fā)展的基石正在鑄就，但達(dá)到規(guī)?；瘧?yīng)用還需突破層層關(guān)卡。
有機(jī)液態(tài)儲氫(LOHC):科研成果轉(zhuǎn)化中
前述無論是氣態(tài)儲氫瓶組還是低溫液態(tài)儲氫本質(zhì)上都屬于改變壓強(qiáng)和氫氣形態(tài)的物理儲氫方式。化學(xué)儲氫中，有機(jī)液態(tài)儲氫可常溫常壓下運(yùn)送液體，可利用既有的加油設(shè)施，性質(zhì)與汽油相同，可與現(xiàn)有的石油罐裝船、油罐汽車和加油站通用。諸多優(yōu)勢下，有機(jī)液態(tài)儲氫開始走入儲氫市場舞臺。
今年2月，基于中氫源安安全有機(jī)液儲運(yùn)氫技術(shù)的首個(gè)純氫供熱示范項(xiàng)目，在北京市石景山區(qū)已全面落成;1月11日，由中國化學(xué)建投公司投建全球首套常溫常壓有機(jī)液體儲氫加注一體化裝置在上海金山碳谷綠灣舉行開車儀式;去年11月，氫陽能源日產(chǎn)氫氣400kg的撬裝式氫油儲供氫設(shè)備調(diào)式成功并發(fā)送客戶;去年2月，中船712所自主研制的國內(nèi)首套120kW級氫氣催化燃燒供熱的有機(jī)液體供氫裝置完成安裝調(diào)試，并實(shí)現(xiàn)與燃料電池系統(tǒng)匹配供氫。
其他國內(nèi)參與企業(yè)還包括南通久格、青島海望、陜西御氫等，國際上有日本千代田、德國 Hydrogenious Technologies等。
從原理來看，有機(jī)液態(tài)儲氫通過借助某些烯烴、炔烴或芳香烴等不飽和液體有機(jī)物和氫氣的可逆反應(yīng)、加氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫的儲存(化學(xué)鍵合)，借助脫氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫的釋放。
其技術(shù)關(guān)鍵在于選擇合適的儲氫介質(zhì)，現(xiàn)主要采用苯、甲苯、萘、咔唑、乙基咔唑、二甲基吲哚等，后兩者為國內(nèi)主要的研發(fā)方向，但相關(guān)應(yīng)用需要克服催化劑反應(yīng)失活、加氫脫氫裝置操作成本、反應(yīng)效率及副產(chǎn)應(yīng)處理等難點(diǎn)，才能逐步走向產(chǎn)業(yè)化。
業(yè)內(nèi)人士指出，液態(tài)有機(jī)儲氫技術(shù)目前處于從實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化生產(chǎn)過渡階段，未來能否成為氫氣運(yùn)輸主流方式，要取決于其技術(shù)迭代速度能否快于其他儲氫手段，以及工業(yè)化和市場化速度能否快于低溫液態(tài)儲氫成本降低速度。
固態(tài)儲氫：產(chǎn)線建設(shè)潮
固態(tài)儲氫也是近年儲氫發(fā)展的熱門方向之一，在實(shí)現(xiàn)方式上可分為活性炭、碳納米管、碳納米纖維碳基材料進(jìn)行吸附的物理儲氫，以及鎂系儲氫合金、鐵系儲氫合金、鑭鎳稀土系儲氫合金、鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金等金屬氫化物可逆吸放的化學(xué)儲氫。
產(chǎn)業(yè)化的固態(tài)儲氫以金屬儲氫為主要方向，金屬氫化物+鋁合金氫罐的組合使得現(xiàn)有固態(tài)儲氫罐重量較大，成本較高，因此應(yīng)用項(xiàng)目主要聚焦在固定式儲氫裝置，或者對重量不敏感的小型移動式應(yīng)用，如備用電源、叉車、摩托車、電動自行車等。
該領(lǐng)域的布局推進(jìn)以有色金屬研究相關(guān)的前沿院校、優(yōu)勢企業(yè)為主，包括有研工研院、圣元環(huán)保、廈鎢新能、氫楓能源、佳華利道、氫儲能源、鎂源動力、安泰創(chuàng)明、厚普股份、鴻達(dá)興業(yè)等，各參與企業(yè)幾乎均進(jìn)入產(chǎn)線規(guī)劃或建設(shè)階段：
其中氫楓能源自主研發(fā)了以鎂合金材料為儲氫介質(zhì)的鎂基固態(tài)儲氫車，并下線了其智能化、自動化的鎂基固態(tài)儲氫材料生產(chǎn)線;去年10月，廈鎢新能宣布1億元設(shè)立廈鎢氫能科技，并向氫能公司轉(zhuǎn)讓貯氫合金材料相關(guān)業(yè)務(wù)資產(chǎn);同10月厚普股份基于釩基固態(tài)儲氫合金技術(shù)的低壓固態(tài)儲氫裝備進(jìn)入合金試生產(chǎn)階段;8月，圣元環(huán)保與安徽淮南煤化工園區(qū)管委會簽約建設(shè)綠能固態(tài)儲氫系統(tǒng)活化及應(yīng)用等4個(gè)項(xiàng)目，包括建設(shè)鈦-鐵系固態(tài)儲氫材料及模塊活化生產(chǎn)線;鎂源動力入駐上海臨港國際氫能谷，擁有全球最大的固態(tài)鎂基儲氫材料噸級生產(chǎn)線;氫儲能源在河南新鄉(xiāng)高新區(qū)鎂合金高密度儲氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的全球首條生產(chǎn)線于去年4月投產(chǎn)測試，并計(jì)劃建設(shè)6條鎂基固態(tài)儲氫設(shè)備、儲氫裝置生產(chǎn)線。
整體來看，固態(tài)儲氫處于研發(fā)示范、產(chǎn)線計(jì)劃及建設(shè)的的早期階段，廣闊的應(yīng)用場景和市場空間有待解鎖。
結(jié)語
多元化儲氫體系正在形成，國內(nèi)儲氫技術(shù)的發(fā)展十分迅猛，但尚未有一種路線真正具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣能力，相關(guān)參與企業(yè)仍需投入更多精力提升產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和安全性，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈合作，打通規(guī)模化堵點(diǎn)。
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