微信掃描二維碼，即可將本頁分享到“朋友圈”中。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈——“儲氫”技術及發(fā)展現(xiàn)狀
2025-08-09
來源：機械小子98
瀏覽數(shù)：195
1、氫能儲運是產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵環(huán)節(jié)“1.1 氫能儲運在產(chǎn)業(yè)鏈中成本較高氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體可以分為氫能制取、氫能儲運、氫能應用三大環(huán)節(jié)
1、氫能儲運是產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵環(huán)節(jié)
“
1.1 氫能儲運在產(chǎn)業(yè)鏈中成本較高氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體可以分為氫能制取、氫能儲運、氫能應用三大環(huán)節(jié)，其中儲運環(huán)節(jié)是高效利用氫能的關鍵，是影響氫能向大規(guī)模方向發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在氫能全產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的儲運是制約我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，因為氫氣特殊的物理、化學性能，使得它儲運難度大、成本高、安全性低。（1）重量輕、密度小：在所有元素中，氫的重量最輕、密度小，需要提高儲運容器壓力進而提高氫的密度來提高氫能利用的效率；（2）液化溫度低：常壓下氫氣在-253℃溫度才能液化，液化能耗高、靜態(tài)蒸發(fā)損失大，對液氫儲罐要求很高；（3）原子半徑小：氫的原子半徑非常小，氫氣能穿過大部分肉眼看不到的微孔，在高溫、高壓下，氫氣甚至可以穿過很厚的鋼板；（4）性質活潑：氫氣非常活潑，穩(wěn)定性極差，泄露后易發(fā)生燃燒和爆炸，這些因素都對氫氣的儲運技術提出了挑戰(zhàn)。從終端氫氣價格組成來看，氫氣儲運成本占總成本的30%左右，經(jīng)濟、高效、安全的儲運氫技術已成為當前制約氫能規(guī)模應用的主要瓶頸之一。氫能儲運包括氫能儲存和氫能運輸兩部分，氫能的儲存方式?jīng)Q定了采用何種氫能運輸方式。提高氫能儲運效率，降低氫能儲運成本，是氫能儲運技術發(fā)展重點。氫能源汽車存儲5公斤的氫氣，在70MPa的壓力下，存儲系統(tǒng)的容量約為200升，是當今燃油汽車中汽油箱容量的3-4倍。氫能的儲運具有較大難度。一方面，氫氣是世界上密度最小的氣體，體積能量密度較低，擴散系數(shù)較大；另一方面，氫氣的燃點較低，爆炸極限寬，對儲運過程中的安全性也有極高的要求。因此如何實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、安全的儲氫技術是氫能利用走向實用化、產(chǎn)業(yè)化的關鍵。儲氫技術的關鍵在于提高氫氣能量密度。美國能源部（DOE）要求2020年國內車載氫能電池的氫氣質量密度（即釋放出的氫氣質量與總質量之比）須達到4.5%，2025年達到5.5%，最終目標是6.5%。國際能源署（IEA）規(guī)定的未來新型儲氫材料的儲氫質量標準為5%。美國2010年到2015年的體積儲氫容量分別為45g/L和81g/L、存儲成本分別為4美元／kWh和2美元／kWh。同時氫氣為易燃、易爆氣體，當氫氣濃度為4.1%-74.2%時，遇火即爆。因此評價儲氫技術優(yōu)劣，還必須考慮安全性。氫能儲存場景主要包括在加氫站的儲存、在運輸車的儲存和燃料電池車的儲存等幾種場景，目前已經(jīng)形成加氫站及車載氫系統(tǒng)、氣液固儲氫等相關標準。氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給壓力容器行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇，一方面，氫能儲運設備是氫能利用的重要基礎設施，是促進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要支撐。另一方面，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將推動臨氫、超高壓、超低溫以及纖維纏繞復合材料、多層包扎結構設備的設計制造、檢驗檢測、風險評估等方面技術的發(fā)展和進步，也推動壓力容器產(chǎn)業(yè)向高端、清潔、環(huán)保、高效方向的轉型升級。但氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也對壓力容器技術要求提出了更高的挑戰(zhàn)，目前一系列關鍵技術有待突破。(1)氫能儲運裝備的材料方面亟待解決。目前高壓氫氣長管拖車、管束式集裝箱、站用儲氫瓶組等設備所用的高強鋼既沒有制定標準，也沒有成熟的材料可供選用，4130X鋼已應用于45MPa站用儲氫瓶組，但其可靠性尚未得到充分驗證，需要研究提出高壓臨氫環(huán)境下設備選材的安全基本要求，開發(fā)專用材料。針對已有應用經(jīng)驗的4130X鋼，仍需對其與高壓氫氣的相容性進行系統(tǒng)研究以掌握氫脆受材料成分、組織、加工方法、氫分壓等的影響規(guī)律，形成4130X鋼用于高壓氫氣儲運場合的專項技術要求。對于IV型儲氫氣瓶，需要研發(fā)內膽專用塑料材料，建立材料性能指標體系等相應標準。(2)氫能儲運設備設計制造應不斷創(chuàng)新。對于IV型瓶，其設計制造關鍵技術主要有內膽結構設計方法、有限元應力分析設計方法、塑料內膽成型方法和工藝、內膽與瓶口密封結構設計方法等，需要研究解決結構尺寸的確定方法及其對氣瓶安全性能的影響、內膽與瓶口之間泄漏機理及影響因素、內膽常見缺陷及其成因和預防措施等科學技術問題，有待提出內膽成型、纖維帶壓纏繞、樹脂固化的工藝評定方法。(3)儲氫設備的型式試驗能力還不全面，需加強試驗環(huán)節(jié)以提高壓力容器的安全性能。對35MPa以上壓力等級的車載氫氣瓶，按GB/T 35544-2017標準的要求，型式試驗項目包括氫氣循環(huán)試驗，但我國目前還沒有通過氫循環(huán)試驗的產(chǎn)品，氫循環(huán)試驗裝置技術復雜度高、投資大、建設周期長、建設難度大、后期維護成本高，我國僅有個別型式試驗機構搭建了試驗裝置。此外，為推進氫能儲運設備的成熟發(fā)展，我們還需要對相應的氫能儲運設備使用管理方面提出更高的要求，建立現(xiàn)代化管理平臺，通過搭載安全監(jiān)控系統(tǒng)并構建基于全生命周期的大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)儲氫壓力設備的“智能網(wǎng)聯(lián)化”。高壓儲氫氣瓶是壓縮氫廣泛使用的關鍵技術，隨著應用端的應用需求不斷提高，輕質高壓是高壓儲氫氣瓶發(fā)展的不懈追求。目前高壓儲氫容器已經(jīng)逐漸由全金屬氣瓶(Ⅰ型瓶)發(fā)展到非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅳ型瓶)。（1）全金屬儲氫氣瓶/罐（Ⅰ型瓶），其制作材料一般為Cr-Mo鋼、6061鋁合金、316L等。由于氫氣的分子滲透作用，鋼制氣瓶很容易被氫氣腐蝕出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，導致氣瓶在高壓下失效，出現(xiàn)爆裂等風險。2004年7月，中石化牽頭成立了由鋼鐵企業(yè)、使用單位以及有關科研單位等組成壓力容器鋼板國產(chǎn)化聯(lián)合攻關組，共同推動鋼板研制和應用工作。參與研制的5家鋼鐵企業(yè)(寶鋼、鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟鋼)目前已經(jīng)陸續(xù)成功開發(fā)了用于大型儲備罐的高強度大線能量焊接用鋼板。9Ni鋼最早由太鋼于2007年開發(fā)生產(chǎn)，目前鞍鋼、武鋼、南鋼、湘鋼均有生產(chǎn)能力，由于儲罐需要6mm厚的中厚板，南鋼的市場份額較大。太鋼、鞍鋼和南鋼等鋼企研發(fā)的LNG低溫壓力容器用9％Ni鋼板也通過了國家容標委鑒定審查，實現(xiàn)了工程應用，填補了國內的空白。（2）纖維復合材料纏繞氣瓶（Ⅱ型瓶、Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶）。Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶是纖維復合材料纏繞制造的主流氣瓶。其主要由內膽和碳纖維纏繞層組成。Ⅲ型瓶的內膽為鋁合金，Ⅳ型的內膽為聚合物。纖維復合材料則以螺旋和環(huán)箍的方式纏繞在內膽的外圍，以增加內膽的結構強度。總體而言，高壓儲氫氣瓶Ⅰ型瓶、Ⅱ型瓶和Ⅲ型瓶常用的材料有鋁(6061或7060)、鋼(不銹鋼或鉻-鉬鋼)。Ⅳ型瓶內膽常用的聚合物材料為高密度聚乙烯、聚酰胺基聚合物等。高性能纖維是纖維復合材料纏繞氣瓶的主要增強體。通過對高性能纖維的含量、張力、纏繞軌跡等進行設計和控制，可充分發(fā)揮高性能纖維的性能，確保復合材料增強壓力容器性能均一、穩(wěn)定，爆破壓力離散度小。玻璃纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、碳纖維、芳綸和PBO纖維等纖維均被用于制造纖維復合材料纏繞氣瓶，其中碳纖維以其出色的性能逐漸成為主流纖維原料(如日本東麗的T300、T700、T1000)。
目前，主要儲氫方式有三種，分別是氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫。從技術發(fā)展方向來看，目前高壓氣態(tài)儲氫技術比較成熟，一定時間內都將是國內主推的儲氫技術；有機物液體儲氫技術可以利用傳統(tǒng)的石油基礎設施進行運輸、加注，方便建立像加油站那樣的加氫網(wǎng)絡，相比于其它技術而言，具有獨一無二的安全性和運輸便利性，但該技術尚有較多技術難題，未來看會極具應用前景；固態(tài)儲氫應用在燃料電池汽車上優(yōu)點十分明顯，但現(xiàn)在技術還有待突破，短期內不會有較大范圍的應用，長期來看發(fā)展?jié)摿Ρ容^大。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書（2019版）》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，由此逐步提高氫氣儲存和運輸?shù)哪芰Α淠苁袌鰸B入前期，氫氣用量及運輸半徑相對較小，此時高壓氣態(tài)運輸?shù)霓D換成本較低，更具性價比；氫能市場發(fā)展到中期（2030年），氫氣需求半徑將逐步提升，將以氣態(tài)和低溫液態(tài)為主；遠期（2050年）來看，高密度、高安全儲氫將成為現(xiàn)實，完備的氫能管網(wǎng)也將建成，同時出臺固態(tài)、有機液態(tài)等儲運標準及管道輸配標準作為配套。國際氫能委員會預測，到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造2.5萬億美元的市場規(guī)模。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預計，到2025年，我國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達到1萬億元；到2050年，氫能在我國終端能源體系中占比超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達到12萬億元，這將對氫能儲運設備材料提出了大量市場需求，氫能儲運設備材料或成為較好的投資機會。國家對儲氫環(huán)節(jié)技術研發(fā)更加重視。根據(jù)2018-2021年國家“氫能技術”重點專項指南匯總數(shù)據(jù)，從三大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)分布變化中可以發(fā)現(xiàn)，國家加大了制氫和儲氫技術的研發(fā)重視。相比2018—2020年，2021年儲氫技術的研發(fā)項目占比大幅提升，氫能源儲運愈發(fā)重要。高壓氣態(tài)儲氫是目前廣泛應用的儲氫方式，在國內外已經(jīng)實現(xiàn)一定規(guī)模商用。這種技術路線主要通過高壓儲氣瓶來實現(xiàn)氫氣的儲存和釋放。根據(jù)材質的不同，高壓儲氫瓶分為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內膽纖維纏繞瓶（II型）、金屬內膽纖維纏繞瓶（III型）和塑料內膽纖維纏繞瓶（IV型）4種。根據(jù)高壓氫容器的不同使用要求，可以將高壓儲氫分為固定式高壓儲氫、車載輕質高壓儲氫和運輸用高壓儲氫。固定式儲氫瓶：在高壓儲氫技術中，目前最為成熟且成本較低的技術是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器，如目前工業(yè)中廣泛采用20MPa鋼制氫瓶，并且可與45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器進行組合應用于加氫站。但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，因此并不適宜汽車用。儲氫裝置是加氫站中的一個重要裝置，一般采用45MPa儲氫瓶。一般有兩種方式，一種是用具有較大容積的氣瓶，該類氣瓶的單個容積在600-1500L之間，為無縫鍛造壓力容器；另一種是采用小容積的氣瓶，單個氣瓶的容積在45L-80L。儲運氣瓶與車載氣瓶的差別在于壓力不同，儲運氣瓶的壓力高于車載氫氣瓶。當為燃料電池汽車加注時，以站內儲氫瓶和車載瓶之間的壓差為驅動力。大直徑儲氫長管：石家莊安瑞科氣體機械有限公司2002年在國內率先研制成功20/25MPa大容積儲氫長管，并應用于大規(guī)模氫氣運輸。長管氣瓶材料為鉻鉬鋼4130X，強度高，具有良好的抗氫脆能力。鋼帶錯繞式儲氫罐：鋼帶錯繞式儲氫罐目前有45MPa和98MPa兩種型號，如浙大與巨化集團制造生產(chǎn)的兩臺國內最高壓力等級98MPa立式高壓儲罐，安裝在江蘇常熟豐田加氫站中。車用儲氫瓶：目前車用高壓儲氫瓶的國際主流技術通過以鋁合金/塑料作為內膽，外層則用碳纖維進行包覆，提升氫瓶的結構強度并盡可能減輕整體質量。目前國外氫燃料電池汽車已經(jīng)廣泛使用70MPa碳纖維纏繞IV型瓶，與之相比，目前我國車載儲氫方式大多為35MPa碳纖維纏繞III型瓶，而70MPa碳纖維纏繞III型瓶也已少量用于國產(chǎn)汽車中。運輸用高壓儲氫瓶：高壓氫氣的運輸設備主要用于將氫氣從產(chǎn)地運輸?shù)绞褂玫鼗蚣託湔尽９苁酵宪囉眯龎撼尚偷拇笮透邏簹馄渴⒀b氫氣。典型管式拖車長10.0-11.4m，高2.5m，寬2.0-2.3m，盛裝的氫氣壓力在16-21MPa之間，質量在280kg左右。3.2 車用儲氫瓶成本碳纖維占比高，成本有望逐步下降（1）儲氫瓶關鍵材料和零部件國產(chǎn)化亟待突破儲氫瓶產(chǎn)業(yè)鏈可以簡單劃分為上游原材料和零部件，中游生產(chǎn)制造和下游終端應用三個環(huán)節(jié)。其中，上游原材料包括鋁材、鋼材、碳纖維和樹脂等，零部件包括各種金屬閥門和各類傳感器；中游生產(chǎn)制造設備和制造工藝等；下游則是在燃料汽車、氫氣運輸罐、加氫站等場景上的應用。在產(chǎn)業(yè)鏈供應方面，目前車載儲氫瓶核心材料及零部件如碳纖維主要依賴進口，瓶口閥、減壓閥等也主要依賴進口，未來這些關鍵材料和零部件將逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前，國內外車載儲氫氣瓶（III/IV型）由內至外包括內襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外殼保護層。國內內襯材料多選用鋁合金，國外則多選用特種塑料；內層之外又稱為復合材料層，一般分為兩層，內層為碳纖維纏繞層，一般是由碳纖維和環(huán)氧樹脂構成；外層為玻璃纖維保護層，一般是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構成。兩層均是由纏繞工藝制作而成，通過對環(huán)氧樹脂加熱固化，以保證氣瓶強度。從車載儲氫瓶材料成本來看，儲氫瓶的成本主要集中在外部纏繞用的碳纖維復合材料。對于儲氫質量均為5.6kg的35MPa、70MPa高壓儲氫IV型瓶成本構成來看，碳纖維復合材料成本分別占系統(tǒng)總成本的75%和78%。目前，高壓儲氫瓶用碳纖維主要采用T700級及以上規(guī)格，從企業(yè)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)角度來看，目前碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中，日本和美國依舊占據(jù)主導地位。根據(jù)廣州賽奧碳纖維技術有限公司發(fā)布的《2020全球碳纖維復合材料市場報告》，2020年全球碳纖維行業(yè)有效產(chǎn)能為16.79萬噸，比2019年增加了約1.30萬噸。從全球范圍來看，中國、美國和日本三國產(chǎn)能分別為4.50萬噸、3.73萬噸和2.92萬噸，占全球總產(chǎn)能6成以上。目前我國碳纖維企業(yè)主要以中復神鷹、恒神股份、光威復材等企業(yè)為主。目前，由于國內70MPa碳纖維纏繞IV型瓶的制備技術不成熟、規(guī)模化生產(chǎn)難度大，因此目前成本相對較高，抑制了IV型儲氫瓶的需求。據(jù)美國汽車研究理事會研究發(fā)現(xiàn)，當生產(chǎn)規(guī)模越大，儲氫瓶成本也就越低，如當氣瓶生產(chǎn)規(guī)模由1萬套提高到50萬套時，氫氣瓶成本會下降20%。未來隨著氫能源汽車的快速發(fā)展，儲氫瓶成本有望下降。3.3 國內高壓儲氫產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)及產(chǎn)品從國內主要高壓儲氫瓶生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的III型儲氫瓶與國外IV型瓶性能對比來看，IV型瓶質量輕且儲氫密度高。同等體積下，壓力越大儲氫量越高，車輛行駛里程就更遠。根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，短期內國內儲氫技術仍然會以高壓儲氫為主。蘭石重裝：公司在氫能源領域主要產(chǎn)品為加氫反應器等用氫裝備、煤氣化制氫裝備、儲氫用球罐設備等，正在研發(fā)超高壓儲氫裝備（45Mpa/75Mpa）、高壓氣固組合儲氫容器、POX造氣制氫裝置廢熱鍋爐等。近年來，公司依托所屬工程研究院、控股股東蘭石集團研發(fā)力量和蘭州新區(qū)國家裝備制造高新技術產(chǎn)業(yè)化基地平臺，重點圍繞電解水制氫關鍵技術與裝備研發(fā)、分布式氫儲能技術及應用、煤氣化制氫技術、大型高壓氣態(tài)儲氫容器的研發(fā)和制造、加氫站配套使用的換熱冷卻裝置——微通道換熱器、高壓大流量氫氣壓縮機的設計及制造等開展技術研究，并在“高溫氣冷堆核能制氫系統(tǒng)中的甲烷蒸汽重整反應器”研制領域有相應技術合作及儲備。中國一重：公司是最早實現(xiàn)鍛焊結構熱壁加氫反應器國產(chǎn)化的企業(yè)，目前國內石化企業(yè)所使用的國產(chǎn)鍛焊結構加氫反應器多為公司生產(chǎn)。國機重裝：公司研制的加氫反應器，創(chuàng)造了世界加氫反應器產(chǎn)品和制造技術工藝復雜性的“世界之最”。公司氫能源裝備目前正處于研發(fā)階段，重點加強在儲氫裝備等方面的產(chǎn)品開發(fā)。巨化集團公司工程有限公司（簡稱“巨化集團工程公司”）：公司有三十多年的壓力容器制造歷史，具有美國ASME、美國DOT和歐盟TPED國際認證。近年來公司與浙江大學合作開展“863”項目—高壓儲氫罐的制造，完成了加氫示范站（在北京）三臺氫氣儲存容器（壓力分別為47Mpa和75MPa，容積5m3）的制作交付使用并順利通過驗收；在鋼制包裝容器系列方面，分別建有非重復充裝鋼瓶、可重復充裝鋼瓶到罐式集裝箱生產(chǎn)線。葛洲壩中科儲能技術有限公司（簡稱“葛洲壩中科儲能”）：公司是中國葛洲壩集團股份有限公司的控股子公司，在北京擁有研發(fā)中心，在武漢葛洲壩裝備產(chǎn)業(yè)園建有自己的生產(chǎn)基地。具有國際的大規(guī)模壓縮空氣儲能核心技術和產(chǎn)品，致力于儲電、儲熱、儲冷、儲氫、儲氣等多種儲能領域關鍵技術研發(fā)、系統(tǒng)集成及產(chǎn)業(yè)化推廣，在能源供給側為客戶提供國際的儲能解決方案。富瑞特裝：公司正在進行氫燃料電池車用液氫供氣系統(tǒng)及配套氫閥的研發(fā)工作，該產(chǎn)品是對目前應用較多的車用高壓供氫系統(tǒng)的補充，主要用于氫燃料電池重卡，液氫供氣系統(tǒng)產(chǎn)品樣品現(xiàn)已試制完成有待進行裝車試驗，配套氫閥有待交付第三方進行試驗。北京科泰克科技有限責任公司（簡稱“北京科泰克”）：公司是專業(yè)生產(chǎn)高壓容器的高新技術企業(yè)。長期從事鋁合金內膽、呼吸氣瓶、車用復合氣瓶、高壓及超高壓容器的設計、生產(chǎn)和銷售。已展開IV型瓶的材料選型匹配等基礎性研究工作。隸屬國家市場監(jiān)管總局的中國特種設備檢測研究院，也已經(jīng)到參與到國家70MPa IV型瓶的課題研究中。京城股份：公司所屬企業(yè)北京天海，深耕氣體儲運裝備業(yè)務二十余年，在2014年率先完成70MPa高壓氫燃料車用儲氫瓶的開發(fā)。沈陽斯林達深冷科技有限公司（簡稱“沈陽斯林達”）：公司已研發(fā)出無縫不銹鋼內膽纖維全纏繞氣瓶、鋁合金內膽、鋁合金無縫氣瓶、鋁合金內膽纖維全纏繞氣瓶、鋁合金內膽玻璃纖維環(huán)向纏繞氣瓶、鋼質無縫氣瓶、車用壓縮天然氣鋼瓶、車用壓縮天然氣鋼質內膽環(huán)向纏繞氣瓶、車用壓縮天然氣鋁合金內膽碳纖維全纏繞氣瓶、車用氫氣鋁合金內膽纖維全纏繞氣瓶、消防氣瓶、便攜式醫(yī)用供氧器十三類別二百八十余種規(guī)格產(chǎn)品。2016年70MPa高壓儲氫瓶通過了國家型式試驗，搭載該氣瓶的燃料電池汽車可實現(xiàn)400公里的續(xù)航能力。亞普股份：公司自主研發(fā)的III型35MPa車載儲氫系統(tǒng)正與相關方深度合作，公司自主研發(fā)的IV型70MPa小容積車載儲氫瓶正在搭載整車臺架進行相關性能驗證；大容積車載儲氫瓶正在進行A（能滿足基本功能的）樣件的試制工作。公司已與相關方簽訂了合作協(xié)議，雙方共同推進IV型70MPa氫燃料系統(tǒng)的研發(fā)、應用。中集安瑞科：與IV型儲氫瓶領域的“鼻祖”挪威Hexagon簽署《戰(zhàn)略合作意向書》。與Hexagon成立針對中國及東南亞市場快速增長的高壓氫氣儲運的合營公司。中復神鷹：公司是一家專業(yè)從事碳纖維研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術企業(yè)，對外銷售主要產(chǎn)品為碳纖維。通過多年自主研發(fā)掌握了碳纖維生產(chǎn)全流程核心技術，在國內率先突破了千噸級碳纖維原絲干噴濕紡工業(yè)化制造技術，建成了國內首條千噸級干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。2018年1月，公司“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關鍵技術及應用”成果榮獲2017年度國家科學技術進步一等獎。光威復材：公司是專業(yè)從事碳纖維、碳纖維織物、碳纖維預浸料、碳纖維復合材料制品及碳纖維核心生產(chǎn)設備的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高新技術企業(yè)，擁有碳纖維行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈布局。光威復材采用干濕法處理工藝進行生產(chǎn)的T700S級碳纖維可用于通過纏繞工藝設計生產(chǎn)管理包括儲氫瓶在內的高壓氣瓶。中簡科技：公司自成立以來，以“技術領先，注重應用，技術向縱深發(fā)展，應用向縱橫發(fā)展”為戰(zhàn)略目標，用科技與創(chuàng)新為社會持續(xù)提供更高性能的碳纖維。公司產(chǎn)品主要應用于航空航天領域，各項指標參數(shù)要求較高，在航空航天裝備論證階段即對碳纖維各項指標予以確定，目前公司所生產(chǎn)碳纖維主要為高端、高性能型碳纖維產(chǎn)品，已達到同類產(chǎn)品國際先進水平。恒神股份：公司主要從事碳纖維、碳纖維織物、預浸料及其復合材料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術服務。主要產(chǎn)品為碳纖維、碳纖維織物、碳纖維預浸料、碳纖維復合材料制品、丹強絲及功能性纖維、技術服務等。4 液體和固體儲氫技術已經(jīng)進入示范階段
“
4.1 液態(tài)儲氫目前主要應用在航天工程中低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253攝氏度，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，儲氫密度可達70.6kg/m3，體積密度為氣態(tài)時的845倍，實現(xiàn)高效儲氫，其輸送效率高于氣態(tài)氫。但液氫裝置一次性投資較大，液化過程中能耗較高，儲存過程中有一定的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與儲氫罐容積有關，大儲罐的蒸發(fā)率遠低于小儲罐。國內液氫已在航天工程中成功使用。優(yōu)點：液化儲氫具有熱值高、體積能量密度高、占用空間體積較小等優(yōu)點。氫能以液態(tài)儲存能夠同時滿足質量密度和體積密度的要求。缺點：液氫的使用也存在一系列的難題，如液氫易揮發(fā)，不便長期保存且存在安全隱患，氫氣的液化過程能耗高，氫液化所需能量為液化氫燃燒產(chǎn)熱額的30%，對儲氫容器材料有較為苛刻的要求等。由于液化儲氫的成本較高，且其安全技術非常復雜，因此不適合廣泛使用，但其作為航空燃料已在航空領域發(fā)揮著巨大的作用。多級壓縮冷卻能耗巨大，低溫儲氫罐的設計制造及材料一直存在成本高昂的難題。有機液體儲氫利用某些不飽和有機物與氫氣進行可逆加氫和脫氫反應，實現(xiàn)氫的儲存，加氫后形成的液體有機氫化物性能穩(wěn)定，安全性高，儲存方式與石油產(chǎn)品相似。但存在著反應溫度較高、脫氫效率較低、催化劑易被中間產(chǎn)物毒化等問題。國內已有燃料電池客車車載儲氫示范應用案例。優(yōu)點：從儲氫含量、儲氫過程能量消耗、儲氫成本高低等角度綜合考慮，類似苯、甲苯這樣的單環(huán)芳香烴儲氫量較大、儲氫過程可逆、效果好。儲氫量大、儲氫密度高。接近美國能源部對儲氫系統(tǒng)的要求。循環(huán)系統(tǒng)熱效率較高。加氫過程為放熱反應，脫氫過程為吸熱反應，加氫反應過程中釋放出的熱量可以回收作為脫氫反應中所需的熱量，從而有效地減少熱量損失，使整個循環(huán)系統(tǒng)的熱效率提高。氫載體可以利用現(xiàn)有的設備進行儲存和運輸，適合于長距離氫能的輸送。缺點：加氫反應和脫氫反應設備較為復雜，操作費用較高；加氫反應過程和脫氫反應過程均要使用催化劑，且催化劑活性不夠穩(wěn)定；脫氫反應溫度較高等。技術應用：氫陽新能源控股有限公司就宜都10000t/a儲油項目與中國五環(huán)工程有限公司簽約了EPC總承包合同，該項目采用的專利技術為氫陽能源開發(fā)的常溫常壓有機液態(tài)儲氫材料生產(chǎn)技術（LOHC）。LOHC技術是新型安全高效的氫氣儲運技術，可有效地破解當前氫能源產(chǎn)業(yè)在存儲、運輸和應用方面存在的低安全性和高成本難題，處于世界領先水平。液氨儲氫技術是指將氫氣與氮氣反應生成液氨，作為氫能的載體進行利用。液氨在常壓、400℃的條件下即可得到H2，常用的催化劑包括釕系、鐵系、鈷系與鎳系，其中釕系的活性最高。液氨燃燒產(chǎn)物為氮氣和水，無對環(huán)境有害氣體。2015年7月，作為氫能載體的液氨首次作為直接燃料用于燃料電池中。通過對比，發(fā)現(xiàn)液氨燃燒渦輪發(fā)電系統(tǒng)的效率（69%）與液氫系統(tǒng)效率（70%）近似。然而液氨的儲存條件遠遠緩和于液氫，與丙烷類似，可直接利用丙烷的技術基礎設施，大大降低了設備投入。因此，液氨儲氫技術被視為最具前景的儲氫技術之一。2021年12月10日，福州大學與紫金礦業(yè)集團、三聚環(huán)保舉行了綠色能源重大產(chǎn)業(yè)項目戰(zhàn)略合作簽約儀式，根據(jù)協(xié)議，三方將合力打造一支國家級“氨-氫”能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊，合資成立高新企業(yè)，發(fā)展集綠氨產(chǎn)業(yè)、氫能產(chǎn)業(yè)及可再生能源產(chǎn)業(yè)于一體的萬億級產(chǎn)業(yè)鏈。甲醇儲氫技術是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應生成液體甲醇，作為氫能的載體進行利用。在一定條件下，甲醇可分解得到氫氣用于燃料電池，甲醇還可直接用作燃料。2017年，我國北京大學的科研團隊研發(fā)了一種鉑-碳化鉬雙功能催化劑，讓甲醇與水反應，不僅能釋放出甲醇中的氫，還可以活化水中的氫，最終得到更多的氫氣。同時，甲醇的儲存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味。中集安瑞科與大化所合作建造的冬奧會的站內制氫項目就是甲醇制氫。固態(tài)儲氫是以金屬氫化物、化學氫化物或納米材料等作為儲氫載體，通過化學吸附和物理吸附的方式實現(xiàn)氫的存儲。固態(tài)儲氫具有儲氫密度高、儲氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢，其體積儲氫密度高于液氫。但主流金屬儲氫材料重量儲氫率仍低于3.8wt%，重量儲氫率大于7wt%的輕質儲氫材料還需解決吸放氫溫度偏高、循環(huán)性能較差等問題。國外固態(tài)儲氫已在燃料電池潛艇中商業(yè)應用，在分布式發(fā)電和風電制氫規(guī)模儲氫中得到示范應用；國內固態(tài)儲氫已在分布式發(fā)電中得到示范應用。氫儲科技：2019年11月氫儲科技開始承擔上海市科委關于500kg/天的鎂基固態(tài)儲氫裝置的研發(fā)任務。目前，涵蓋材料、機械結構、熱系統(tǒng)管理、遠程控制系統(tǒng)以及容器等的研發(fā)均已完成，并進行了大量的理論模擬和實驗測試。2020年第四季度，首座鎂基固態(tài)儲氫示范站將在山東省濟寧市落成，加氫能力為550公斤/天，供兩條公交線使用。從儲氫成本、技術、安全性等方面來看，高壓氣態(tài)儲氫仍是當下儲氫方式的最優(yōu)選擇，短中期高壓氣態(tài)儲氫仍是主流。因受技術和成本端的制約，國內低溫液化儲氫技術、金屬氫化物固態(tài)儲氫短期難以實現(xiàn)規(guī)模化應用；因氫能需求量及建設成本問題，管道輸氫還不能規(guī)模化應用，長期來看，待技術突破及產(chǎn)能擴大后，管道輸氫、低溫液化儲氫技術與金屬氫化物固態(tài)儲氫有望成為儲氫的主流方式。固定式儲氫罐：目前，固定式儲氫罐主要用于加氫站、制氫站，按近期各省市出臺的氫能規(guī)劃政策，固定式儲氫罐市場需求較大，但競爭對手較少，市場前景廣闊。根據(jù)氫氣加注壓力，加氫站分為35MPa和70MPa兩類。我國絕大多數(shù)在用或在建的是35MPa加氫站。為了適應燃料電池汽車供氫系統(tǒng)壓力逐漸從35MPa增加到70MPa的需求，加氫站的加注壓力提高到70MPa已到了十分緊迫的地步。隨著氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加氫站、制氫站的建設增多，儲罐需求也將增加，高壓、高容量的儲罐需求將逐步釋放。一般情況下，容器體積越大，結構設計時殼體壁厚越大，受壓元件結構設計更復雜，焊接和組裝的要求更嚴熱處理，無損檢測要嚴格控制，高壓大容量的儲罐壁壘較高。車載儲氫氣瓶：在高壓儲氫技術中，目前最為成熟且成本較低的技術是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器，但是鋼制氫氣瓶由于較高的重量，不適宜汽車用，因此車用高壓儲氫瓶的國際主流技術通過以鋁合金/塑料作為內膽，外層則用碳纖維進行包覆（即所謂的III型、IV型瓶），提升氫瓶的結構強度并盡可能減輕整體質量。國內車載儲氫氣瓶的企業(yè)較多，特別是III型。隨著氫燃料電池車的發(fā)展，車載儲氫瓶的需求量是相對最大的領域，但是競爭也較為激烈，技術領先、儲氫成本較低的公司將受益。管束集裝箱：現(xiàn)階段，我國普遍采用20MPa氣態(tài)高壓儲氫與管束集裝箱運輸?shù)姆绞健Ｔ诩託湔救招枨罅?00kg以下，運輸距離在200公里以內經(jīng)濟性較高。該技術較為成熟，參與的企業(yè)較多。
- 閱讀上文 >> 深度解讀氫能產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵技術與發(fā)展趨勢
- 閱讀下文 >> 2025年上半年全球氫燃料電池汽車銷量繼續(xù)下降
