有机液体储氢的优缺点(四大储氢技术最新进展及未来前景)

Posted 2023-05-29

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有机液体储氢的优缺点(四大储氢技术最新进展及未来前景)

储运环节的技术难题和居高不下的成本是氢能产业发展的主要瓶颈之一。近年来，随着氢能发展热度的上升，储氢环节的发展进度也随之不断加快。

近期代表事件包括：2月上旬，未势能源自主研发的第二代70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶质量储氢密度超越美国DOE标准10.9%达到6.1wt%；国内首个移动式液氢运输容器团标T/CATSI 05007—2023《移动式真空绝热液氢压力容器专项技术要求》正式发布；中国化学、中氢源安采用有机液体储氢技术的装置建成投用……

整体来看，国内当前在储氢领域的发力点包括气态储氢瓶组、低温液态储氢、有机液态储氢及固态储氢等方向，但受研发起步时间不同、技术成熟度不同、参与企业实力不同等影响，这些储氢形式的发展进程也不尽相同，详见下文：

>>气态储氢瓶组：产业化初步形成，储氢能力不断进阶中

高压气态储氢技术是目前发展最为成熟的储运方式，预计未来一段时间内高压气态储氢依然会是主要的储氢方式。

根据应用领域划分，气态储氢瓶又包括加氢站用储氢瓶组及车载储氢瓶等，参与企业以中集氢能科技、中材科技、国富氢能、科泰克、天海工业、浙江蓝能、佛吉亚斯林达等具备特种设备生产资质的企业为主。

站用储氢瓶组方面，目前国内站用储氢容器基本实现国产化，主流供应商包括中集氢能科技、浙江蓝能、中材科技等，此前35 MPa加氢站用储氢容器的设计压力一般取45～50 MPa，但随着70 MPa加注压力需求的提高，各大企业均已开发出80～100 MPa的配套产品，并推进向更大容积、更大直径发展。

车载氢气瓶主要分为：Ⅲ型铝内胆碳纤全缠（35MPa/70MPa），Ⅳ型塑料内胆碳纤全缠（35MPa/70MPa）。目前车载领域应用以35MPa居多，其中乘用车则以70MPa为主。

从产业化进展来看，Ⅲ型瓶的产品技术已相当成熟，成本在可控范围。IV型瓶由于轻量化、高压力、高储氢质量比和长寿命等优点，是参与企业下一步的发展重点，中材科技、中集、天海工业、佛吉亚斯林达、龙蟠科技、未势能源等企业均已研发出IV型瓶产品。

此外，由于下游应用市场体量更大，氢车示范带来的市场需求明显增加，因此车载储氢瓶该领域的市场竞争相较站用方面更加激烈，除了争相实现IV型瓶的研发突破，储氢瓶产业链投资、扩产发展也在同步提速：

中集、中材科技、致远新能等国内企业正加紧储氢瓶产线的建设，以彼欧为代表的国外企业同样“嗅到”国内储氢瓶商机，联合申能在中国设立生产基地及研发中心。

>>低温液态储氢：步入民用探索期，投资热度攀升

液氢是一种深冷的氢气存储技术。氢气经过压缩后，深冷到21K以下使之变为液氢，然后存储到特制的绝热真空容器中。常温、常压下液氢的密度为气氢的845倍，液氢的体积能量密度比压缩贮存高，在氢能应用中具备储运运量更大、纯度高、充装更快、占地更小等优势。

长期以来，国内液氢主要用于航天和军工领域，民用液氢推进缓慢，氢液化设备也主要由美国空气产品、普莱克斯、德国林德等厂商提供。

随着国内氢能产业兴起，这一局面在慢慢得以改善。据相关统计，2022年国内储运投资项目中，液氢投资项目最多，投资热度持续攀升。

企业方面，民用液氢领域现已汇聚了中集、中科富海、航天101所、国富氢能、富瑞深冷、鸿达兴业、宝武太钢等一批优秀机构和企业，在相关技术上屡获重大突破，代表事件包括：

今年2月8日，富瑞特装子公司富瑞深冷获得法国船级社颁发的全球首套船用液氢燃料罐的原则性认可(AiP)证书；去年12月，中科富海首套具有自主知识产权的国产1.5TPD氢液化装置调试成功；6月，宝武太钢国内首发液氢专用不锈钢产品并通过相关认证，填补了国内民用液氢压力容器用不锈钢的空白；3月，国富氢能首台民用大型液氢储存容器开工，储氢量超过14吨，包含加氢站用液氢储罐和大型氢液化工厂用液氢储罐……

标准体系建设方面，国家已发布液氢生产、贮存和运输的国家标准，近日中集安瑞科牵头起草的T/CATSI 05007—2023《移动式真空绝热液氢压力容器专项技术要求》团体标准也正式发布，使移动式真空绝热液氢压力容器的设计和制造有标可依，为液氢进入市场化发展提供重要支撑。

整体看来，我国的液氢发展进入民用探索期，相关投资和项目密集出现，催动了企业投入液氢制取、存储、运输、应用及相关装备体系的研发生产，以及标准体系建设。国内液氢发展的基石正在铸就，但达到规模化应用还需突破层层关卡。

>>有机液态储氢（LOHC）:科研成果转化中

前述无论是气态储氢瓶组还是低温液态储氢本质上都属于改变压强和氢气形态的物理储氢方式。化学储氢中，有机液态储氢可常温常压下运送液体，可利用既有的加油设施，性质与汽油相同，可与现有的石油罐装船、油罐汽车和加油站通用。诸多优势下，有机液态储氢开始走入储氢市场舞台。

今年2月，基于中氢源安安全有机液储运氢技术的首个纯氢供热示范项目，在北京市石景山区已全面落成；1月11日，由中国化学建投公司投建全球首套常温常压有机液体储氢加注一体化装置在上海金山碳谷绿湾举行开车仪式；去年11月，氢阳能源日产氢气400kg的撬装式氢油储供氢设备调式成功并发送客户；去年2月，中船712所自主研制的国内首套120kW级氢气催化燃烧供热的有机液体供氢装置完成安装调试，并实现与燃料电池系统匹配供氢。

其他国内参与企业还包括南通久格、青岛海望、陕西御氢等，国际上有日本千代田、德国 Hydrogenious Technologies等。

从原理来看，有机液态储氢通过借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等不饱和液体有机物和氢气的可逆反应、加氢反应实现氢的储存（化学键合），借助脱氢反应实现氢的释放。

其技术关键在于选择合适的储氢介质，现主要采用苯、甲苯、萘、咔唑、乙基咔唑、二甲基吲哚等，后两者为国内主要的研发方向，但相关应用需要克服催化剂反应失活、加氢脱氢装置操作成本、反应效率及副产应处理等难点，才能逐步走向产业化。

业内人士指出，液态有机储氢技术目前处于从实验室向工业化生产过渡阶段，未来能否成为氢气运输主流方式，要取决于其技术迭代速度能否快于其他储氢手段，以及工业化和市场化速度能否快于低温液态储氢成本降低速度。

>>固态储氢：产线建设潮

固态储氢也是近年储氢发展的热门方向之一，在实现方式上可分为活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料进行吸附的物理储氢，以及镁系储氢合金、铁系储氢合金、镧镍稀土系储氢合金、钛系储氢合金、锆系储氢合金等金属氢化物可逆吸放的化学储氢。

产业化的固态储氢以金属储氢为主要方向，金属氢化物+铝合金氢罐的组合使得现有固态储氢罐重量较大，成本较高，因此应用项目主要聚焦在固定式储氢装置，或者对重量不敏感的小型移动式应用，如备用电源、叉车、摩托车、电动自行车等。

该领域的布局推进以有色金属研究相关的前沿院校、优势企业为主，包括有研工研院、圣元环保、厦钨新能、氢枫能源、佳华利道、镁源动力、安泰创明、厚普股份、鸿达兴业等，各参与企业几乎均进入产线规划或建设阶段：

其中氢枫能源自主研发了以镁合金材料为储氢介质的镁基固态储氢车，已收购氢储科技，在河南新乡下线了其智能化、自动化的千吨级镁基固态储氢材料生产线，下一步还将推出二代更大储氢量的固态储氢车，在江苏宜兴建成万吨级固态储氢材料及装备生产线；去年10月，厦钨新能宣布1亿元设立厦钨氢能科技，并向氢能公司转让贮氢合金材料相关业务资产；同10月厚普股份基于钒基固态储氢合金技术的低压固态储氢装备进入合金试生产阶段；8月，圣元环保与安徽淮南煤化工园区管委会签约建设绿能固态储氢系统活化及应用等4个项目，包括建设钛-铁系固态储氢材料及模块活化生产线；镁源动力入驻上海临港国际氢能谷，拥有固态镁基储氢材料吨级生产线。

整体来看，固态储氢处于研发示范、产线计划及建设的的早期阶段，广阔的应用场景和市场空间有待解锁。

>>结语

多元化储氢体系正在形成，国内储氢技术的发展十分迅猛，但尚未有一种路线真正具备大规模产业化推广能力，相关参与企业仍需投入更多精力提升产品的经济性和安全性，加强产业链合作，打通规模化堵点。