近日，我国以氢枫为代表的技术团队，形成了集镁基固态储氢材料、吸放氢控制系统等于一体的镁基固态储运氢系统成熟产品，并率先进入产业化阶段。

        氢能产业链主要包括氢的生产、储存、运输和应用四个环节，规模庞大且繁杂，其中，氢能储运环节作为连接从氢能生产到应用的桥梁，是高效利用氢能的关键，更是推动氢能大规模发展的重要因素。因此，如何实现安全、高效、经济储运，推动氢能多元化应用，一直是国内外相关领域关注的重点。

        储运：氢能发展的“命门”

        随着清洁低碳经济的迅速发展，新能源的需求越来越大。氢能以无污染、可储存、易运输、来源广、热值高、应用场景丰富、燃点低等特性，被公认为是最有前景的清洁能源之一。

        我国不仅将氢能纳入国家能源战略体系，而且出台了一系列政策支持氢能产业发展。目前，我国氢气产能约4100万吨/年，年产量约3000万吨。为实现碳中和目标，2060年，我国氢气需求量将从3000余万吨增至1.2亿吨，在终端能源体系中占比达到20%。随着氢气需求量大幅增加，储氢技术成为当前研究的热点。

        氢作为一种气态物质，科研人员一直致力于通过提高氢的密度，从而将其储存起来以提高氢的利用效率，但氢储存难度较大。主要有以下三点原因：第一，所有元素中氢最轻，在标准状态下，密度为0.0899克/升，不到水的万分之一。在零下252.7摄氏度可成为液态，密度为70克/升，仅为水的1/15。第二，作为元素周期表上的第一号元素，氢的原子半径非常小，能穿过大部分肉眼看不到的微孔，在高温、高压下，甚至可以穿过很厚的钢板。第三，氢非常活泼，稳定性极差，泄漏后易发生燃烧和爆炸，爆炸极限在4%~74.2%（氢气的体积占混合气总体积比）。

        由于氢具有重量轻、密度小、液化温度低、性质活泼等特性，使得其储运难度大、成本高、安全性低，在氢能产业链中，氢的储运成本通常占总成本的30%，在某些情况下甚至高达40%。

        从氢能的上中下游各环节发展情况来看，制氢、加氢、用氢其实都比较容易实现规模化发展。氢能产业的短板在于氢能储运，可以说，储氢技术的效率和成本直接影响整个氢能产业链的运作效率和经济效益，储运是氢能发展的“命门”。因此，提高氢能储运效率、降低储运成本，是推动氢能规模应用的突破口。

        气态、液态、固态，谁才是最佳储运方式？

        储氢是氢能应用现代产业链的能量枢纽和能量“银行”，发挥稳定储供的“蓄水池”作用。氢气的质量能量密度约为每千克120兆焦，约为汽油、柴油、天然气的2.7倍，但单位体积能量密度仅为天然气的1/3，如何保持高能量密度储存是储氢技术的关键。

        储运方式包括物理储运和化学储运。物理储运有低压、高压和低温三种方式，对应的是管道储运、高压管束储运和液氢槽罐储运等；化学储运是将氢气以化合物或金属吸附的方式储运，到应用端通过催化剂将氢气裂解出来，包括液氨、甲醇、有机液体储氢（LOHC）和固态储氢。

        按照氢的不同形态，当前储氢的主要方式可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固体材料储氢。

        高压气态储氢是把氢气压缩后储存在相应容器里，是目前发展最成熟、最常用的储氢技术，预计在未来较长时间仍将占据氢能储存技术的主导地位。高压气态储氢包括容器储氢、地质储氢等。

        容器储氢是指在氢气临界温度以上，用高压将氢气压缩至储氢容器里。在氢能汽车领域常采用储氢瓶作为储氢容器，I型瓶、II型瓶因氢脆问题严重，不适合车载使用。目前国外主要使用的是IV型瓶。受限于碳纤维、树脂性差，国内目前主要使用的是35兆帕的III型瓶。

        管道储氢也属于容器储氢。管道运输不受地理环境限制，可以实现跨国、跨地区长距离输送，有助于优化资源配置。目前我国氢能管道运输还处于发展阶段，尚未大规模普及。管道输氢需要考虑基础设施投入问题，氢气专输管道单位长度投资大约是天然气管道的3倍，掺氢或改造这两种途径目前均存在一些局限和未知因素。

        地质储氢是像建设储气库那样建设储氢库，是氢能大规模储备的有效途径，是我国大规模储氢的优先发展方向。从长远来看，氢能要实现对净零排放的重大贡献，就必须进行大规模储存。地质储氢由于规模大、综合成本低而广受关注。

        值得一提的是，储氢井也是高压气态储氢的一种方式。储氢井是指深埋在地下、使用专用材料制作而成的氢气储存地埋井，具有安全系数高、储氢潜力大等特点，占地面积仅为目前普遍使用的地上储氢设备的1/10~1/5。储氢井作为站用储氢形式的应用在国外还是空白。中国石化在该领域进行前瞻性尝试，于2021年8月在重庆半山环道综合加能站开展先导试验。该站是国内首座应用储氢井技术的加氢站，日供氢能力1000千克。中国石化拥有储氢井核心技术的自主知识产权，重庆半山环道综合加能站先导试验的成功对加氢站的配建改造具有示范效应。

        低温液态储氢技术是利用氢气在高压、低温条件下液化，体积密度为气态时的845倍，实现高效储氢，输送效率远高于气态氢。但液态氢的沸点极低，对储罐材料的绝热性能有极高要求。由于液态氢与液态氧配对时产生高比冲，这种储氢技术适用于长距离储运，比如用作航空运载火箭的燃料或低温推进剂。低温绝热技术及储氢容器的设计是低温液态储氢技术能否取得进步的关键。这种储氢技术一次性投资成本大、技术要求高，所以，降低液化成本、提高储氢罐的绝热性能是目前研发的难点。我国液态氢的应用主要集中于航天领域，民用液态氢储存容器材料和绝热技术还不成熟，工程实例较少。

        有机液态储氢技术是基于不饱和液体有机物在催化剂作用下进行加氢反应，生成稳定化合物，当需要氢气时再进行脱氢反应。有机液态储氢具有成本低、密度大、吸脱氢过程可多次循环、安全稳定且常温常压下为液体便于运输的特点，但操作条件相对苛刻，存在配备装置成本较高、氢气纯度较低、高温脱氢条件下致催化剂结焦失活等缺点。

        固体材料储氢技术主要依赖储氢材料的吸氢、脱氢能力，储氢材料可分为物理吸附类储氢材料与化学吸附类储氢材料。固态储氢技术具有体积储氢密度大、安全性好、储存时间长等优点。然而，固态储氢也面临一些挑战，如材料性能需要进一步提升、成本需要进一步降低、技术标准化和产业化需要进一步加强等。

        高效率、低成本，是氢能储存未来发展趋势

        当前，我国储氢技术仍处于发展前期，但势头强劲。我国氢能产业在储运环节已涌现多条技术路线，不同的技术路线适应不同的应用领域。任何一项技术能够发展成为推动人类社会进步的科技力量，必须符合价廉、安全、好用的原则。针对目前氢能储存技术的发展，未来应注重对储氢机理的研究，从理论层面上寻求提高储氢密度、降低吸放氢温度的途径；研究要尽可能多地直接面对市场，注重实用性；尽快完善储氢系统标准规范及安全评价体系，保证储氢系统安全可靠。

        从储氢成本、技术、安全性等方面来看，高压气态储氢仍是当下储氢方式的最优选择，中短期高压气态储氢仍将是主流。其中储氢井技术因建造工艺简单、适用场景灵活、安全性高、储氢潜力大等优点，未来有望成为高压气态储氢的主要发展方向之一。

        因受技术和成本端的制约，国内低温液态储氢、有机液态储氢、固体材料储氢技术短期内难以实现规模化应用，长期来看，待技术突破及产能扩大后，液态储氢与固体材料储氢有望成为储氢的主流方式。

        尽管储氢技术已取得显著进展，但目前仍面临提高储氢密度、确保安全性及降低成本等挑战。同时，氢能产业链的基础设施建设尚未跟上市场需求的步伐，进一步限制了氢能的广泛应用。

来源：中国石化报