儲運環(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)首個移動式液氫運輸容器團標(biāo)T/CATSI 05007—2023《移動式真空絕熱液氫壓力容器專項技術(shù)要求》正式發(fā)布;中國化學(xué)、中氫源安采用有機液體儲氫技術(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)力點包括氣態(tài)儲氫瓶組、低溫液態(tài)儲氫、有機液態(tài)儲氫及固態(tài)儲氫等方向，但受研發(fā)起步時間不同、技術(shù)成熟度不同、參與企業(yè)實力不同等影響，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)展最為成熟的儲運方式，預(yù)計未來一段時間內(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，是參與企業(yè)下一步的發(fā)展重點，中材科技、中集、天海工業(yè)、佛吉亞斯林達(dá)、龍蟠科技、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，除了爭相實現(xiàn)IV型瓶的研發(fā)突破，儲氫瓶產(chǎn)業(yè)鏈投資、擴產(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，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)用中具備儲運運量更大、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，2022年國內(nèi)儲運投資項目中，液氫投資項目最多，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技術(shù)要求》團體標(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)投資和項目密集出現(xiàn)，催動了企業(yè)投入液氫制取、存儲、運輸、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)模化應(yīng)用還需突破層層關(guān)卡。
有機液態(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)上都屬于改變壓強和氫氣形態(tài)的物理儲氫方式?；瘜W(xué)儲氫中，有機液態(tài)儲氫可常溫常壓下運送液體，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液儲運氫技術(shù)的首個純氫供熱示范項目，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液體供氫裝置完成安裝調(diào)試，并實現(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物和氫氣的可逆反應(yīng)、加氫反應(yīng)實現(xiàn)氫的儲存(化學(xué)鍵合)，借助脫氫反應(yīng)實現(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，才能逐步走向產(chǎn)業(yè)化。
業(yè)內(nèi)人士指出，液態(tài)有機儲氫技術(shù)目前處于從實驗室向工業(yè)化生產(chǎn)過渡階段，未來能否成為氫氣運輸主流方式，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個項目，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)化項目的全球首條生產(chǎn)線于去年4月投產(chǎn)測試，并計劃建設(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)濟性和安全性，加強產(chǎn)業(yè)鏈合作，打通規(guī)模化堵點。
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