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)模化應用，2021年12月，天海工業(yè)為北京冬奧會用車供應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、設備簡單，可利用石油基礎(chǔ)設施進行運輸加注，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，目前應用場景集中在密閉空間、小型應用及重量不敏感領(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。
