目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫技術(shù)滿足氫燃料電池產(chǎn)業(yè)落地，但與日本企業(yè)在儲(chǔ)氫罐材料上還存在較大差距。70MPa儲(chǔ)氫罐已在國(guó)內(nèi)部分加氫站試運(yùn)營(yíng)， 國(guó)內(nèi)急需攻克的是“70MPa車(chē)載儲(chǔ)氫罐技術(shù)"。儲(chǔ)氫行業(yè)在我國(guó)是千億級(jí)別市場(chǎng)。技術(shù)投入的市場(chǎng)回報(bào)值得期待。
如圖1,儲(chǔ)氫技術(shù)是氫氣的制備、儲(chǔ)運(yùn)、加氫站、氫燃料電池安全應(yīng)用的保障。氫氣的質(zhì)量能量密度高，約是汽油的 3 倍，但體積能量密度很低，在常溫常壓下，比汽油低 4 個(gè)數(shù)量級(jí)。
氫氣的運(yùn)輸和儲(chǔ)需要經(jīng)過(guò)壓縮、液化等方法處理。壓縮后的氫氣壓強(qiáng)可達(dá)大氣壓的數(shù)百倍，容易爆炸，因此高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性成為消費(fèi)者關(guān)注焦點(diǎn)。是否掌握核心的儲(chǔ)氫技術(shù)是制約我國(guó)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的必要條件之一。
圖1 氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
一、三大儲(chǔ)氫技術(shù)各有所長(zhǎng)
如表1所示，目前國(guó)際儲(chǔ)氫技術(shù)主要有三類(lèi)：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫，三種技術(shù)各有所長(zhǎng)。
表1 三種儲(chǔ)氫技術(shù)
資料來(lái)源：玖牛研究院根據(jù)公開(kāi)資料整理
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫最實(shí)用。由于單純鋼瓶對(duì)高壓強(qiáng)和氫脆的承受能力較弱，金屬內(nèi)膽纖維纏繞復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶和塑料內(nèi)膽纖維纏繞復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
其中后者不僅具有更高的儲(chǔ)氫密度，而且質(zhì)量更小，抗壓強(qiáng)度更大，適用于車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)。
低溫液態(tài)儲(chǔ)氫雖然體積儲(chǔ)氫密度大，但是成本高。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫為了絕熱保持低溫、防止液氫揮發(fā)，需要花費(fèi)較高成本制造復(fù)雜儲(chǔ)氫裝置，同時(shí)氫氣液化過(guò)程需要消耗大量電能（約占總氫能的30%），因此低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)目前主要用于對(duì)成本不敏感且只需短時(shí)間儲(chǔ)氫的航天航空領(lǐng)域。
儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫存在諸多技術(shù)問(wèn)題。儲(chǔ)氫材料盡管在理論上具有更高的儲(chǔ)氫密度和安全性，但是實(shí)際中存在吸放氫條件苛刻、容易發(fā)生副反應(yīng)、成本高等問(wèn)題，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用，是未來(lái)儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展方向。
如表2，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫企業(yè)業(yè)務(wù)范圍已覆蓋上述三種技術(shù)，由于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫成本低、技術(shù)成熟，雖然體積儲(chǔ)氫密度較低，目前是國(guó)內(nèi)外被廣泛采用的儲(chǔ)氫手段。
表2 國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫企業(yè)
二、目前國(guó)內(nèi)外高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫方法基本一致高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前加氫站、氫能園區(qū)最廣泛采用的方式。
由表3可以看出，國(guó)外氫能示范項(xiàng)目大多采用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的方法，這一點(diǎn)國(guó)內(nèi)外沒(méi)有差別。如北京的飛馳競(jìng)力加氫站采用金屬內(nèi)襯纖維纏繞儲(chǔ)氫罐，儲(chǔ)氫壓強(qiáng)超過(guò)40MPa。
表3 國(guó)內(nèi)外氫能項(xiàng)目/加氫站
圖2 北京飛馳競(jìng)力加氫站的金屬內(nèi)襯纖維纏繞儲(chǔ)氫瓶
三、車(chē)載儲(chǔ)氫技術(shù)中外差距在于儲(chǔ)氫罐材料
如表5所示，目前國(guó)外車(chē)載儲(chǔ)氫罐壓強(qiáng)已經(jīng)達(dá)到70MPa，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到5.7%，相應(yīng)的氫燃料電池汽車(chē)最高續(xù)航里程可達(dá)600公里；而國(guó)內(nèi)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶的壓強(qiáng)普遍為35MPa，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度在3%左右，相應(yīng)的續(xù)航里程約為400公里，國(guó)內(nèi)外差距可見(jiàn)一斑。
表5 國(guó)內(nèi)外車(chē)載儲(chǔ)氫瓶對(duì)比
國(guó)內(nèi)外車(chē)載儲(chǔ)氫技術(shù)中外差距關(guān)鍵在于儲(chǔ)氫罐材料。目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫瓶多是金屬內(nèi)膽，技術(shù)升級(jí)方向是“全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)氫罐”。
如圖3所示，全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)氫罐包括塑料內(nèi)膽、纖維纏繞層、保護(hù)層。塑料內(nèi)膽具有良好的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫、高韌性等特點(diǎn)，同時(shí)提供保持儲(chǔ)罐形態(tài)和纖維纏繞模具的功能。全復(fù)合纖維纏繞瓶的質(zhì)量約為同儲(chǔ)量鋼瓶的50%，最適合應(yīng)用在氫燃料電池汽車(chē)的車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)中。
目前來(lái)看，“全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)氫罐”重量更輕、抗沖擊能力更強(qiáng)，是未來(lái)氫燃料電池汽車(chē)的儲(chǔ)氫技術(shù)的方向。
圖3 全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲(chǔ)氫
圖片來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)公開(kāi)資料如表4，目前只有日本豐田公司和挪威Hexagon公司的全復(fù)合纖維纏繞儲(chǔ)氫瓶進(jìn)入商業(yè)化階段，其他各國(guó)還尚未完全進(jìn)入商業(yè)化階段。相比之下，表5顯示，我國(guó)企業(yè)還處在研發(fā)階段。
表4 全復(fù)合纖維纏繞儲(chǔ)氫瓶研究現(xiàn)狀
四、我國(guó)儲(chǔ)氫技術(shù)滿足氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化需求國(guó)內(nèi)在35MPa儲(chǔ)氫罐、加注機(jī)等配套設(shè)備上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，只在耐高壓閥門(mén)等少數(shù)零部件上依賴進(jìn)口。
如圖4所示，加氫站設(shè)備成本約占加氫站總成本的70%。可以推測(cè)，隨著加氫站建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，加氫站所需設(shè)備、零部件的成本將因?yàn)橐?guī)模效應(yīng)大大降低，從而使加氫站的建設(shè)成本大幅度減小。圖4 加氫站成本構(gòu)成
根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，35MPa儲(chǔ)氫罐的氫燃料電池汽車(chē)?yán)m(xù)航里程基本能夠滿足日常出行需求。70MPa儲(chǔ)氫罐雖然安全性和輕便性更好，雖然目前碳纖維等原材料價(jià)格昂貴、罐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作技術(shù)難度高。
隨著國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)大規(guī)模量產(chǎn)，70MPa輕質(zhì)車(chē)載儲(chǔ)氫罐的成本也會(huì)隨之降低。”70MPa儲(chǔ)氫罐已在國(guó)內(nèi)部分加氫站試運(yùn)營(yíng)， 國(guó)內(nèi)急需攻克的是“70MPa車(chē)載儲(chǔ)氫罐技術(shù)”。
好消息是，大連的上市公司中集安瑞科（03899）與同濟(jì)大學(xué)合作，已經(jīng)掌握70MPa加氫站儲(chǔ)氫罐量產(chǎn)技術(shù)；另一家上市公司福瑞特裝（300228）與美國(guó)普拉格能源（PLUG）合作，預(yù)計(jì)2018年底推出國(guó)內(nèi)首個(gè)70MPa輕質(zhì)車(chē)載儲(chǔ)氫罐量產(chǎn)產(chǎn)品原型，這將縮短國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)氫技術(shù)的差距，促進(jìn)我國(guó)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。儲(chǔ)氫行業(yè)在我國(guó)是千億級(jí)別市場(chǎng)。技術(shù)投入的市場(chǎng)回報(bào)值得期待。
