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在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用中，氫能的高密度儲(chǔ)運(yùn)是氫能發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是我國(guó)氫能布局的瓶頸。以國(guó)內(nèi)某地為例，若該地全部氫能車輛正常運(yùn)營(yíng)，氫氣日需求量為15 t 左右，目前采用的高壓長(zhǎng)管拖車輸氫量?jī)H為200-300 kg，且氫能輸運(yùn)成本較高，導(dǎo)致氫能的應(yīng)用環(huán)節(jié)難以大規(guī)模發(fā)展。

氫能全產(chǎn)業(yè)鏈包含制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)和氫能利用三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D如下：

制氫、儲(chǔ)運(yùn)與利用全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D ▼

在氫能源發(fā)展方面，我國(guó)面臨的最主要挑戰(zhàn)即在于氫能的儲(chǔ)運(yùn)。找到安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可行的儲(chǔ)運(yùn)模式，是氫能全生命周期應(yīng)用的關(guān)鍵。氫能儲(chǔ)運(yùn)包括氫氣的儲(chǔ)存以及氫能源的運(yùn)輸。

對(duì)儲(chǔ)氫技術(shù)要求是安全、大容量、低成本以及取用方便。目前，儲(chǔ)氫方法主要分為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、固體材料儲(chǔ)氫及有機(jī)液體儲(chǔ)氫 4 種。4 種主要儲(chǔ)氫方式對(duì)比如下表：

4 種主要儲(chǔ)氫方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及目前的主要應(yīng)用 ▼

通過(guò)對(duì)比 4 種儲(chǔ)氫技術(shù)來(lái)看，高壓儲(chǔ)氫目前最為成熟，應(yīng)用也最廣，但是儲(chǔ)氫密度和安全性方面存在瓶頸；固體材料儲(chǔ)氫則有著巨大潛力，但是目前處于研究階段；低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)具有單位質(zhì)量和單位體積儲(chǔ)氫密度大的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但目前儲(chǔ)存成本過(guò)高，主要體現(xiàn)在液化過(guò)程耗能大，以及對(duì)儲(chǔ)氫容器的絕熱性能要求極高兩個(gè)方面；有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫由于成本和技術(shù)問(wèn)題還未能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)比較成熟，是目前我國(guó)最常用的儲(chǔ)氫技術(shù)。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫即通過(guò)高壓將氫氣壓縮到一個(gè)耐高壓的容器中，高壓容器內(nèi)氫以氣態(tài)儲(chǔ)存，氫氣的儲(chǔ)量與儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力成正比。通常采用氣罐作為容器,簡(jiǎn)便易行,其優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)能耗低、成本低 (壓力不太高時(shí)), 且可通過(guò)減壓閥調(diào)控氫氣的釋放, 因此，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫已成為較為成熟的儲(chǔ)氫方案。更多高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫內(nèi)容，請(qǐng)點(diǎn)擊查看：《深度解析：氫氣的高壓儲(chǔ)存》

目前國(guó)內(nèi)主要采用 35 MPa 碳纖維復(fù)合瓶?jī)?chǔ)運(yùn)，日本等國(guó)家主要使用 70 MPa 儲(chǔ)氫瓶。35 MPa氫氣密度約為 23 kg/m3，70 MPa 儲(chǔ)氫罐中氫氣密度約為 38 kg/m3，日本豐田于 2017 年發(fā)表的一項(xiàng)新型專利提出了全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)方法，儲(chǔ)氫壓力即可以達(dá)到 70 MPa，氫氣質(zhì)量密度約為 5.7%。但是儲(chǔ)氫罐加壓過(guò)程成本較大，且隨著壓力的增大，儲(chǔ)氫的安全性也會(huì)大大降低，存有泄漏、爆炸的安全隱患，因此安全性能有待提升。未來(lái)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展，會(huì)探索新型儲(chǔ)氫罐材料以匹配更高壓力下的儲(chǔ)氫需求，提高儲(chǔ)氫安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1）低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是先將氫氣液化，然后儲(chǔ)存在低溫絕熱真空容器中。該方式的優(yōu)點(diǎn)是氫的體積能量很高，由于液氫密度為 70.78 ，是標(biāo)況下氫氣密度的近 850 倍，即使將氫氣壓縮，氣態(tài)氫單位體積的儲(chǔ)存量也不及液態(tài)儲(chǔ)存。但液氫的沸點(diǎn)極低 (?252.78 ℃)，與環(huán)境溫差極大,對(duì)儲(chǔ)氫容器的絕熱要求很高 。目前最大的液化儲(chǔ)氫罐是位于美國(guó)肯尼迪航天中心的儲(chǔ)氫罐，儲(chǔ)氫容積達(dá) 12000 L。

2）有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是通過(guò)加氫反應(yīng)將氫氣與甲烷 (TOL) 等芳香族有機(jī)化合物固定，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)己烷（MCH）等飽和環(huán)狀化合物，從而可在常溫和常壓下，以液態(tài)形式進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，并在使用地點(diǎn)在催化劑作用下通過(guò)脫氫反應(yīng)提取出所需量的氫氣,整體流程如下圖：

氫氣有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程示意圖 ▼

來(lái)源：現(xiàn)代電力

液態(tài)有機(jī)物儲(chǔ)氫使得氫可在常溫常壓下以液態(tài)輸運(yùn)，儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程安全、高效，但還存在脫氫技術(shù)復(fù)雜、脫氫能耗大、脫氫催化劑技術(shù)亟待突破等技術(shù)瓶頸。若能解決上述問(wèn)題，液態(tài)有機(jī)物儲(chǔ)氫將成為氫能儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域最有希望取得大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)之一。

對(duì)于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的氫能儲(chǔ)運(yùn)，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫才有較大優(yōu)勢(shì)，當(dāng)運(yùn)輸 500 km 時(shí)，液氫配送成本每 kg 僅增加約 USA$0.3，而高壓氣態(tài)運(yùn)輸成本將上升 5 倍以上。目前低溫液氫主要作為低溫推進(jìn)劑用于航天中，也有學(xué)者開(kāi)始研究將液氫作為車載燃料動(dòng)力，但到目前為止還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)目前只有日本川崎重工的液化儲(chǔ)氫和千代田公司的有機(jī)化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)得到了示范應(yīng)用。在有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域，美國(guó)化學(xué)家研制出一種 B-N 基液態(tài)儲(chǔ)氫材料，可在室溫下安全工作，該項(xiàng)技術(shù)的突破為氫能儲(chǔ)運(yùn)難題提供了解決方案。今后一段時(shí)間我國(guó)應(yīng)加大對(duì)低溫、有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的攻關(guān)，開(kāi)發(fā)低成本低功耗的脫氫催化劑和低熔點(diǎn)儲(chǔ)氫介質(zhì)等，這對(duì)國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)布局具有重要意義，亦是未來(lái)氫能儲(chǔ)運(yùn)大規(guī)模發(fā)展的重要方向。

根據(jù)固態(tài)材料儲(chǔ)氫機(jī)制的差異，主要可將儲(chǔ)氫材料分為物理吸附型儲(chǔ)氫材料和金屬氫化物基儲(chǔ)氫合金兩類，其中，金屬氫化物儲(chǔ)氫是目前最有希望且發(fā)展較快的固態(tài)儲(chǔ)氫方式。固體儲(chǔ)氫材料分類如下圖：

不同儲(chǔ)氫方式所用固體材料 ▼

來(lái)源：現(xiàn)代電力

金屬氫化物儲(chǔ)氫即利用金屬氫化物儲(chǔ)氫材料來(lái)儲(chǔ)存和釋放氫氣。在一定溫度下加壓，過(guò)渡金屬或合金與氫反應(yīng)，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋放氫。如LaNi5H6 、MgH2 和NaAlH4 。

金屬氫化物儲(chǔ)氫罐供氫方式具有以下特點(diǎn):儲(chǔ)氫體積密度大、操作容易、運(yùn)輸方便、成本低、安全性好、可逆循環(huán)好等,但是質(zhì)量效率低，如果質(zhì)量效率能夠有效提高的話，這種儲(chǔ)氫方式非常適合在燃料電池汽車上使用。對(duì)比綜合儲(chǔ)氫技術(shù)，將不同儲(chǔ)氫技術(shù)的各方面特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)如下圖：

 4 種儲(chǔ)氫技術(shù)各指標(biāo)對(duì)比雷達(dá)圖 ▼

來(lái)源：現(xiàn)代電力

由圖 4 可以看出，我國(guó)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)應(yīng)用較少，且該技術(shù)的成本高，長(zhǎng)期來(lái)看，在國(guó)內(nèi)商業(yè)化應(yīng)用前景不如另外 3 種儲(chǔ)氫技術(shù)；高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是我國(guó)最為成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫綜合性能好，但亟待相關(guān)技術(shù)攻關(guān)以降低其成本。目前加氫站采用的是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)。長(zhǎng)期來(lái)看，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫還是國(guó)內(nèi)發(fā)展的主流。但由于該技術(shù)存有安全隱患和體積容量比低的問(wèn)題，在氫燃料汽車上應(yīng)用并不完美，因此該技術(shù)應(yīng)用未來(lái)可能有下降的趨勢(shì)。固態(tài)儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫性能卓越，是 4 種方式中最為理想的儲(chǔ)氫方式，也是儲(chǔ)氫科研領(lǐng)域的前沿方向之一。但是現(xiàn)在尚處于技術(shù)攻關(guān)階段，因此我國(guó)可以以此技術(shù)為突破口，打破氫能儲(chǔ)存技術(shù)壁壘，加速氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

氫氣的運(yùn)輸通常根據(jù)儲(chǔ)氫狀態(tài)的不同和運(yùn)輸量的不同而不同，主要有氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送 3 種方式。

氫能運(yùn)輸結(jié)構(gòu)圖 ▼

來(lái)源：現(xiàn)代電力

氣態(tài)輸運(yùn)分為長(zhǎng)管拖車和管道輸運(yùn) 2 種，長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸壓力一般為，我國(guó)長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)業(yè)較為成熟，但在長(zhǎng)距離大容量輸送時(shí)，成本較高，整體落后于國(guó)際先進(jìn)水平；而管道運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送的重要方式。管道運(yùn)輸時(shí)，管道運(yùn)輸壓力一般為，輸氫量大、能耗低，但是建造管道一次性投資較大。在管道輸運(yùn)發(fā)展初期，可以積極探索摻氫天然氣方式。黃明，王瑋等人對(duì)天然氣摻氫運(yùn)輸可行性做了研究。中國(guó)工程院院士也對(duì)天然氣管網(wǎng)輸送氫氣非常看好。

液態(tài)輸運(yùn)適合遠(yuǎn)距離、大容量輸送，可以采用液氫罐車或者專用液氫駁船運(yùn)輸。采用液氫輸運(yùn)可以提高加氫站單站供應(yīng)能力,日本、美國(guó)已經(jīng)將液氫罐車作為加氫站運(yùn)氫的重要方式之一。日本千代田公司于 2009 年成功研發(fā)出LOHC(液態(tài)有機(jī)氫載體) 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，全球首條氫供應(yīng)鏈?zhǔn)痉俄?xiàng)目采用了千代田公司的 SPERA技術(shù)探索液態(tài)有機(jī)氫載體的商業(yè)化示范，在 2020年實(shí)現(xiàn)了 210 t/年的氫氣輸運(yùn)能力。

通過(guò)金屬氫化物存儲(chǔ)的氫能可以采取更加豐富的運(yùn)輸手段，駁船、大型槽車等運(yùn)輸工具均可以用以運(yùn)輸固態(tài)氫。

來(lái)源：現(xiàn)代電力

可以看出，300 km 以上的運(yùn)輸距離，運(yùn)輸成本排序?yàn)?LOHC<LH2(液氫槽車)<氫氣管道<管束車，50 km 以內(nèi)氫氣管道運(yùn)輸成本較低，因此適合小規(guī)模運(yùn)輸，比如化工廠區(qū)氫氣管道以及孤島微電網(wǎng)內(nèi)氫氣運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)合。隨著輸送距離的增加，有機(jī)液態(tài)輸氫和低溫液態(tài)輸氫成本極具優(yōu)勢(shì)，因此液態(tài)輸運(yùn)更適合長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸氫，比如跨省運(yùn)輸，將制氫中心的氫運(yùn)輸至消費(fèi)中心。

對(duì)于氫能制、儲(chǔ)、運(yùn)過(guò)程中的安全性問(wèn)題，有學(xué)者提出“液態(tài)陽(yáng)光”的思路，即用 CO2 和氫氣反應(yīng)生成甲醇，將有效解決氫存儲(chǔ)問(wèn)題。甲醇是非常好的液體儲(chǔ)氫、運(yùn)氫載體，甲醇儲(chǔ)氫的安全性和便捷性都是極佳的，這也將成為解決可再生資源間歇性問(wèn)題的新方案，也將為邊遠(yuǎn)地區(qū)難以上網(wǎng)的可再生能源棄風(fēng)、棄光、棄水提供消納渠道，還將成為除特高壓輸電之外，另一種規(guī)?；斔湍茉吹耐緩?。

“液態(tài)陽(yáng)光”的思路也拓展了碳捕獲封存技術(shù)，可以把捕獲再循環(huán)利用，形成完整的生態(tài)碳循環(huán)，有助于我國(guó)碳中和進(jìn)程的推進(jìn)。因此為了助力綠色能源發(fā)展，解決棄風(fēng)棄光棄水問(wèn)題，2020 年 10 月份，全球首個(gè)千噸級(jí)“液態(tài)陽(yáng)光加氫站”示范工程項(xiàng)目示范成功。液態(tài)加氫站的建成為我國(guó)氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)拓了一條新的道路。