隨著“3060”目標的提出，氫能產(chǎn)業(yè)在我國快速鋪開，氫能儲運在氫能產(chǎn)業(yè)中占據(jù)著重要地位。有報道稱，儲運環(huán)節(jié)的成本約占氫氣總成本的30%-40%。儲氫成本高是限制氫能發(fā)展的重要因素，降本增效是氫能儲運技術(shù)發(fā)展的底層邏輯，也是實現(xiàn)大規(guī)模用氫的必行之路。
當前氫能儲運正處于蓬勃發(fā)展時期，儲氫方式目前已超過10種，但根據(jù)氫氣狀態(tài)的不同，儲氫方式可分為三大類：氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫。
部分氫能儲運方式對比
01氣態(tài)儲氫
氣態(tài)儲氫中的高壓氣態(tài)儲氫是我國目前最成熟、應(yīng)用范圍最廣的儲氫技術(shù)，具有運輸成本低、能耗小、充放相應(yīng)速度快的優(yōu)點。
高壓儲氫瓶是壓縮氫氣的關(guān)鍵技術(shù)，目前高壓儲氫瓶根據(jù)材質(zhì)分為4種，其中金屬內(nèi)膽纖維纏繞瓶（Ⅲ型）和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（Ⅳ型）多為車載儲氫瓶。隨著燃料電池汽車應(yīng)用需求的增加，市場對儲氫瓶的性能也隨之提高，輕質(zhì)高壓是儲氫瓶技術(shù)發(fā)展的最終要求。
目前我國已經(jīng)實現(xiàn)35MPaⅢ型儲氫瓶的規(guī)模化應(yīng)用，2021年12月，天海工業(yè)為北京冬奧會用車供應(yīng)140套70MPa儲氫系統(tǒng)，代表70MPaⅢ型儲氫瓶已實現(xiàn)技術(shù)突破。但要想提高國際競爭力，做到燃料電池產(chǎn)業(yè)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(shù)亟待突破。材料更新是高壓儲氫降本關(guān)鍵。
隨著燃料電池汽車的發(fā)展，氫能應(yīng)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(fā)布的國家標準《車用壓縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》以及同時發(fā)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(fā)方向，市場向“Ⅲ型瓶為主，Ⅳ型瓶份額逐漸加重”的趨勢發(fā)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(jù)美國能源部統(tǒng)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(tài)儲氫
相比氣態(tài)氫，液氫具有穩(wěn)定、高效可控的優(yōu)點。液態(tài)儲氫主要分為低溫液態(tài)儲氫和有機液態(tài)儲氫，低溫液態(tài)儲氫優(yōu)點是儲氫密度高、運輸簡單、安全性好，目前主要應(yīng)用于航天工程領(lǐng)域。有機液態(tài)儲氫的優(yōu)點是儲氫量大、設(shè)備簡單，可利用石油基礎(chǔ)設(shè)施進行運輸加注，運輸便利安全。僅從質(zhì)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(yīng)用上，無論是低溫液態(tài)儲氫還是有機液態(tài)儲氫，都存在許多限制。除有機液態(tài)儲氫技術(shù)上還未取得突破外，氫氣液化本身成本和效能的關(guān)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(huán)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(guān)鍵。
規(guī)模是決定能耗與成本的關(guān)鍵因素，在規(guī)模效益下，氫液化的能耗和成本會大幅下降，同時技術(shù)工藝端也會優(yōu)化，從而降低成本。有專家表明，對于液氫工廠來說，若規(guī)模為2噸/天，氫液化能耗會超過每公斤20度電，而當規(guī)模增加到50噸/天，能耗可降到每公斤8-9度電，規(guī)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(chǎn)后年產(chǎn)液氫13200噸，年產(chǎn)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(tǒng)采用多種創(chuàng)新技術(shù)，克服了液化成本高、能耗大的痛點，可大幅降低液氫生產(chǎn)成本。
隨著我國液氫國標的實施以及儲氫技術(shù)的進步，低溫液態(tài)儲氫與高壓儲氫呈互補共存的發(fā)展態(tài)勢。
據(jù)國內(nèi)組織預(yù)計，到2030年，中國氫氣需求將達到3500萬噸，氫能產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)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(tài)儲氫
固態(tài)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(yōu)勢，被認為是目前最具前景的儲氫技術(shù)。
固態(tài)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(fā)出多種輕質(zhì)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(guī)模化技術(shù)不足等。有色金屬原料價格波動以及本身工藝復(fù)雜也是造成成本高昂的重要因素。
開發(fā)性能更優(yōu)、成本更低的固態(tài)儲氫材料是降本關(guān)鍵。
稀土系儲氫材料是最早發(fā)現(xiàn)的儲氫材料之一，穩(wěn)定性好、速率快，中國稀土產(chǎn)量占世界的80%，具有原料優(yōu)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(huán)使用等。
目前多將稀土系儲氫材料與鎂系儲氫材料結(jié)合起來使用，克服鎂系材料反應(yīng)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(chuàng)新中心研發(fā)全國首臺套固態(tài)儲氫系統(tǒng)示范裝置，實現(xiàn)氫能高密度存儲。固態(tài)稀土儲氫裝置通過化學反應(yīng)將氫氣變?yōu)榻饘贇浠锕腆w儲存起來，打破常溫常壓下儲氫合金如何高效吸放的技術(shù)壁壘，也促進稀土資源的綜合利用，優(yōu)化氫產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。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(xiàn)有加氫站相比成本約降低30%。
固態(tài)儲氫仍處于發(fā)展初期，目前應(yīng)用場景集中在密閉空間、小型應(yīng)用及重量不敏感領(lǐng)域，未來解決大面積運輸?shù)某杀締栴}，挖掘更多應(yīng)用場景，是擴固態(tài)儲氫大市場規(guī)模的重中之重。
我國目前高壓儲請瓶技術(shù)逐步成熟，液態(tài)和固態(tài)儲氫技術(shù)進入示范階段，據(jù)國內(nèi)組織預(yù)測：我國氫能儲運將按照“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的方向發(fā)展，低成本高效能是氫能市場的不懈追求。
