科普 | 儲氫技術持續突破！助力儲氫產業降本增效！

隨著“3060”目標的提出，氫能產業在我國快速鋪開，氫能儲運在氫能產業中占據著重要地位。有報道稱，儲運環節的成本約占氫氣總成本的30%-40%。儲氫成本高是限制氫能發展的重要因素，降本增效是氫能儲運技術發展的底層邏輯，也是實現大規模用氫的必行之路。

當前氫能儲運正處于蓬勃發展時期，儲氫方式目前已超過10種，但根據氫氣狀態的不同，儲氫方式可分為三大類：氣態儲氫、液態儲氫和固態儲氫。

部分氫能儲運方式對比

01、氣態儲氫

氣態儲氫中的高壓氣態儲氫是我國目前最成熟、應用范圍最廣的儲氫技術，具有運輸成本低、能耗小、充放相應速度快的優點。

高壓儲氫瓶是壓縮氫氣的關鍵技術，目前高壓儲氫瓶根據材質分為4種，其中金屬內膽纖維纏繞瓶（Ⅲ型）和塑料內膽纖維纏繞瓶（Ⅳ型）多為車載儲氫瓶。隨著燃料電池汽車應用需求的增加，市場對儲氫瓶的性能也隨之提高，輕質高壓是儲氫瓶技術發展的最終要求。

目前我國已經實現35MPaⅢ型儲氫瓶的規模化應用，2021年12月，天海工業為北京冬奧會用車供應140套70MPa儲氫系統，代表70MPaⅢ型儲氫瓶已實現技術突破。但要想提高國際競爭力，做到燃料電池產業化，70MPaⅣ型儲氫瓶是無法避過的門檻，其中碳纖維、閥門等核心材料材料零部件技術亟待突破。材料更新是高壓儲氫降本關鍵。

隨著燃料電池汽車的發展，氫能應用需求不斷上升，儲氫瓶降本正快速提上日程。

2023年5月23日發布的國家標準《車用壓縮氫氣塑料內膽碳纖維全纏繞氣瓶》以及同時發布的《車用壓縮氫氣纖維全纏繞氣瓶定期檢驗與評定》，為70MPaⅣ型儲氫瓶提供了研發方向，市場向“Ⅲ型瓶為主，Ⅳ型瓶份額逐漸加重”的趨勢發展。

碳纖維增強塑料是Ⅲ型和Ⅳ型儲氫瓶的主要承載材料，也是車載儲氫瓶的成本大頭。據美國能源部統計，35MPaⅣ型瓶、70MPaⅣ型瓶、35MPaⅢ型瓶、70MPaⅢ型的碳纖維占比分別為76.58%、78.01%、62.43%、65.64%，可見儲氫瓶的型號及壓力是決定碳纖維用量的主要因素，Ⅳ型瓶碳纖維占比要低于Ⅳ型，相對來說成本更低。

02、液態儲氫

相比氣態氫，液氫具有穩定、高效可控的優點。液態儲氫主要分為低溫液態儲氫和有機液態儲氫，低溫液態儲氫優點是儲氫密度高、運輸簡單、安全性好，目前主要應用于航天工程領域。有機液態儲氫的優點是儲氫量大、設備簡單，可利用石油基礎設施進行運輸加注，運輸便利安全。僅從質量和體積上考慮，液氫儲存是一種理想的儲氫方式。

但在實際應用上，無論是低溫液態儲氫還是有機液態儲氫，都存在許多限制。除有機液態儲氫技術上還未取得突破外，氫氣液化本身成本和效能的關系依然模糊不清。氫氣低溫液化溫度為-253℃，要維持如此的低溫，需要多個冷凝循環并消耗大量能量，理想情況下消耗能量約為氫氣能量的8%，但實際上所消耗能量可能達到氫氣能量的30%-36%。降低能量消耗是液氫降本關鍵。

規模是決定能耗與成本的關鍵因素，在規模效益下，氫液化的能耗和成本會大幅下降，同時技術工藝端也會優化，從而降低成本。有專家表明，對于液氫工廠來說，若規模為2噸/天，氫液化能耗會超過每公斤20度電，而當規模增加到50噸/天，能耗可降到每公斤8-9度電，規模越大，能耗越低。

近日，我國首臺套10噸級氫氣液化裝置正加速落地臨淄，計劃投產后年產液氫13200噸，年產高壓氫氣7920萬立方米。齊魯氫能的董事長還表示：整個氫氣液化系統采用多種創新技術，克服了液化成本高、能耗大的痛點，可大幅降低液氫生產成本。

隨著我國液氫國標的實施以及儲氫技術的進步，低溫液態儲氫與高壓儲氫呈互補共存的發展態勢。

據國內組織預計，到2030年，中國氫氣需求將達到3500萬噸，氫能產業鏈年產值將超過5萬億，其中液氫占比為1/3，即1.65萬億左右。

03、固態儲氫

固態儲氫是指利用物理或化學吸附將氫氣儲存在固體材料中，具有儲氫密度高、儲存時間長、安全性好的優勢，被認為是目前最具前景的儲氫技術。

固態儲氫所使用的材料包括物理吸附所使用的碳基材料、無機多孔材料，化學吸附所使用的金屬氫化物、配位氫化物以及化學氫化物等。目前已開發出多種輕質高容量儲氫材料，但這些材料依然存在部分問題，如吸放氫速度慢、溫度高、可逆性能差、低成本規?；夹g不足等。有色金屬原料價格波動以及本身工藝復雜也是造成成本高昂的重要因素。

開發性能更優、成本更低的固態儲氫材料是降本關鍵。

稀土系儲氫材料是最早發現的儲氫材料之一，穩定性好、速率快，中國稀土產量占世界的80%，具有原料優勢。但稀土材料也有許多缺點，如吸收氫氣后重量增加、難以循環使用等。

目前多將稀土系儲氫材料與鎂系儲氫材料結合起來使用，克服鎂系材料反應慢、溫度高的問題，達到降本的目的。

近日，國家稀土功能材料創新中心研發全國首臺套固態儲氫系統示范裝置，實現氫能高密度存儲。固態稀土儲氫裝置通過化學反應將氫氣變為金屬氫化物固體儲存起來，打破常溫常壓下儲氫合金如何高效吸放的技術壁壘，也促進稀土資源的綜合利用，優化氫產業結構。與高壓儲氫相比，儲氫壓力可降低90%，與其他儲氫材料相比，密度約提升15%，用于加氫站時，與現有加氫站相比成本約降低30%。

固態儲氫仍處于發展初期，目前應用場景集中在密閉空間、小型應用及重量不敏感領域，未來解決大面積運輸的成本問題，挖掘更多應用場景，是擴固態儲氫大市場規模的重中之重。

我國目前高壓儲請瓶技術逐步成熟，液態和固態儲氫技術進入示范階段，據國內組織預測：我國氫能儲運將按照“低壓到高壓”“氣態到多相態”的方向發展，低成本高效能是氫能市場的不懈追求。