“氢”风徐来
——华西证券氢能产业研究·储运
氢原子拥有1个质子与1个电子，外层电子结构为1S，此半满态下，氢原子可以获得或失去1个电子，化学性质非常活泼，近乎可以与所有元素原子进行反应。例如，用于制造储运器材的高强度合金在高温、高压环境下被氢原子渗透，导致金属晶格膨胀断裂或形成氢化物，从而损伤器材的刚性。因此决定了氢气的储存对化学环境的稳定性要求较高。此外，由于氢气密度小且液化温度较低（液氢沸点为-253℃），使得氢气载体在压缩氢气体积以获得更大的运载上存在许多技术难点。1-4 Mpa的管道运氢体积储氢密度约为3.2 kg/m³，而20 Mpa的长管拖车运氢体积储氢密度约为14.5 kg/m³，在同体积下的储氢量差距巨大。因此，高效、安全、经济的储氢技术是氢能产业实现经济化的关键要素。
（一）储运技术路径
Ⅴ型瓶技术目前尚在探索中，诸多技术路线如中能氢汇旗下中能氢储公司正在研发的采取螺旋式缠绕法的Ⅴ型瓶以及中集集团无内胆双层结构Ⅴ型瓶正在涌现。
在应用方面，20Mpa的长管拖车平均载氢质量为每车300-400千克，在仅考虑运输成本的测算下，经济距离不超过200公里，成本约为2元/kg。而1-4Mpa的管道运氢的经济距离大于500公里，仅考虑运输成本测算为0.3 元/kg。
（图为长管拖车示例）
2. 液态储氢&固体材料储氢
液态储氢分为低温液态储氢以及有机液态储氢。目前我国已投运的液氢项目规模较小，但随着设备国产化率的逐渐提升，以及新液氢国标的持续落地，未来大型、民用液氢项目的成本、效率、及安全性将得到持续优化。低温液态储氢将氢气冷却至-253摄氏度，液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度达70.6kg/m3。液氢装置液化过程中能耗较高，储存中有一定蒸发损失，蒸发率与储氢罐容积有关，储罐越大蒸发率越低。应用场景常见大量、长距离储运，类如航天领域。此外，低温液态储氢技术具有储氢密度大，安全性较好，运输成本低等优点，相对地，也存在转化过程能耗大，储氢容器要求高，投入高等缺陷。另一方面，有机液态储氢技术是利用某些不饱和有机物（如烯烃、炔烃或芳香烃）与氢气进行可逆加氢和脱氢反应，实现氢储存，加氢后形成的液体有机氢化物性能稳定，安全性高，储存方式与石油产品类似。目前还处于实验阶段，样品同样具有低温液态储氢的优点，并可以以常压槽罐车进行运装。相对地，也存在技术不成熟，能耗大，操作条件苛刻等缺陷。
固体材料储氢分为物理吸附储氢以及化学氢化物储氢，都是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。目前也处于实验研究阶段，在液态储氢技术的优点上，安全性更胜一筹。但是，固体材料储氢技术在常温常压下储氢能力较差。
（二）储氢典型案例
1. 高压储氢-斯林达安科储氢瓶
2020年9月，全球首款氢燃料电池MPV上汽大通EUNIQ 7正式发布，并于2021年上市，补贴后售价30-40万/辆。EUNIQ 7是基于大通G20 MPV车型打造，载了83.5kW的大功率燃料电池系统，与国内首款70MPa储氢系统，内嵌的氢瓶采用全铝合金内胆加碳纤维缠绕技术的三型瓶样式，总储氢量达到6.4kg，续航里程可以达到605公里。
该车搭载储氢瓶由沈阳斯林达安科技术有限公司生产，斯林达是目前国内少数能够生产70MPa储氢罐的企业，广汽埃安 LX Fuel Cell也用了斯林达储氢罐。上汽大通MAXUS EUNIQ 7搭载了3个70MPa三型瓶储氢罐，布置于车身中部，可储存约6.4kg的高压氢气。氢气储存罐罐体由三部分构成：外层（玻璃纤维）、中层（航天级碳纤维壳体）、内层（铝合金）。储氢罐的耐压强度高达70MPa（约等于工作于7000米深海的蛟龙号深潜器），耐高温度高达842℃（相当于火山喷发岩浆的温度），纤维壁厚26.5毫米，即使是7.62口径的子弹也根本无法击穿。[i]
2. 低温液态储氢-中科富海氢液化器大型卧式冷箱
从运输半径来看，高压氢气往往只能辐射制氢点200公里的范围，而液氢能覆盖500公里范围。由于液氢便于储存、运输，使用成本大幅降低后，利于在各个行业推广利用。
2023年3月29日，“5吨/天氢液化器大型卧式冷箱”产品下线仪式在中科富海（中山）低温装备制造有限公司举行。这个由中科院理化所设计、中科富海（中山）公司生产制造的国内首个国产化5吨/天大型氢气液化装置的核心关键设备，集成了氢透平膨胀机、高效低漏率低温换热器等核心部件，整体性能均优于设计指标。
该装备的成功下线，标志着国内首次突破了大型氢液化装置的关键技术与集成创新。[ii]
3. 液态有机储氢-武汉氢阳能源“氢油”
武汉氢阳能源有限公司专注于“常温常压液态有机储氢技术”的研发与商业化应用，并在湖北宜昌建设了全球第一个常温常压液态有机储氢材料工厂。氢阳公司研发的液体有机储氢材料被业内人士称为“氢油”，因其性质和汽油相似，可利用汽油等储运方式和基础设施，加氢站可在现有加油站的基础上稍加改造，节约了基础设施建设成本。“氢油”在脱氢过程中需要200 ℃的高温，而燃料电池稳定工作时温度只有70 ℃～80 ℃，目前还无法满足要求。
有机液体无论加氢还是脱氢过程条件都极为苛刻，在加/脱氢过程中，催化剂的地位不容忽视，在满足有机液体储氢材料加/脱氢机理的同时，也要积极合成高效率、低成本的催化剂。虽然在有机液体储氢方面取得一定的进展，但在未来研究中，降低加/脱氢温度和开发低成本、高活性的催化剂是必须要解决的问题。[iii]
4. 固态储氢-九号公司氢能概念车
九号公司在第二十届中国北方国际自行车电动车展上发布了“真智能2.0技术”和智能短交通系列新品，其中展示了两款氢能源动力概念车——Apex H2和B65H，引起了广泛关注。
据介绍，两款车日常无需充电，将配备两个氢气罐，以“固态储氢”的方式实现短交通出行的零排放。氢能源可使用的场景有三种，包括在超市或便利店售卖氢能源电池；采用类似鲜奶配送的“奶瓶”模式，由送货工人每日更换顾客用完的氢能源空瓶；建立城市换气站，消费者在指定换气站更换电池。
九号公司联合创始人兼总裁王野表示，氢能源车还需要创新，但它已经不属于概念车范畴，而是一台真正的氢燃料电池电动车，公司也将进行消费量产。“氢燃料电池技术首先解决了电动车的续航焦虑，同时解决了电动车充电难问题。氢能源燃料采用了固态感应的方案，可以保持安全和稳定，存储瓶可以方便运输，从而定位无里程限制。据测算，氢燃料电池使用费用可以做到百公里仅需1元钱。”[iv]
引用
[ii]《国产首台“5吨/天氢液化器大型卧式冷箱”下线》
http://www.zs.gov.cn/zszjj/gkmlpt/content/2/2264/post_2264520.html#1018
[iii]《目标500万辆！氢燃料电池车储氢技术及其发展现状》
https://h2.in-en.com/html/h2-2428603.shtml
[iv]《九号公司发布两款氢能概念车，联合创始人称将进行消费量产》
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1695384156141830708&wfr=spider&for=pc
朝华西拾
