固態(tài)儲(chǔ)氫行業(yè)位于氫能產(chǎn)業(yè)鏈中游， 發(fā)展空間廣闊

• 柯壯賓 2024年5月27日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 253 8
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我國(guó)氫能行業(yè)受限于氫氣在長(zhǎng)距離領(lǐng)域應(yīng)用的局限性、儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)的安全性和經(jīng)濟(jì)性、長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)氫氣的可操作性，需要低損耗、靈活性強(qiáng)的存儲(chǔ)載體來(lái)支持儲(chǔ)氫行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，突破氫能行業(yè)“卡脖子”的關(guān)鍵在于提高儲(chǔ)氫效率和降低成本，相比氣態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)氫，經(jīng)濟(jì)、高效、安全

我國(guó)氫氣產(chǎn)量規(guī)模逐年擴(kuò)大，但大量的氫氣只能用于短距離消納。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)，2023年全國(guó)氫能產(chǎn)量約3550萬(wàn)噸，中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)氫氣需求量將接近6000萬(wàn)噸，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值達(dá)到12萬(wàn)億元。根中研普華統(tǒng)計(jì)，2023年我國(guó)氫能資源呈現(xiàn)出“北多南少”的特征，且我國(guó)氫氣消費(fèi)的最大應(yīng)用依然集中在石油精煉、甲醇制取、合成氨等短距離消納領(lǐng)域，交通等需要較長(zhǎng)距離的其他領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)尚處于推廣階段，氫氣消費(fèi)僅占比0.1%。

儲(chǔ)存環(huán)節(jié)關(guān)系氫能使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸所在。國(guó)家能源局在2023年5月6日題為《著力破解綠氫輸送難題》中指出，氫能運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求特點(diǎn)，合理匹配各類(lèi)儲(chǔ)運(yùn)方式，逐步提高氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸能力，為構(gòu)建新型能源體系提供有力支撐。然而氫氣在常溫常壓下具有密度小、易燃易爆等特性，因此氫儲(chǔ)運(yùn)難度較大。此外金屬材料在含氫介質(zhì)中長(zhǎng)期使用時(shí)，材料由于吸氫或氫滲而造成機(jī)械性能?chē)?yán)重退化，易發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象，因此還需注意儲(chǔ)氫材料及運(yùn)氫環(huán)境，以保證氫氣在運(yùn)輸過(guò)程中的安全性。基于氫能應(yīng)用與氫能制取的區(qū)位差異，需要遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的氫能儲(chǔ)運(yùn)方式。氫氣儲(chǔ)運(yùn)主要分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和管道運(yùn)輸）、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)車(chē)、液氫槽罐車(chē)三種方式，其中高壓氣態(tài)運(yùn)輸成本隨著距離的增加而大幅上升，固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)車(chē)和液氫槽罐車(chē)的運(yùn)輸成本對(duì)于距離本身不敏感，在加氫站建設(shè)不完備的情況下具有長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)某杀緝?yōu)勢(shì)。管道運(yùn)輸?shù)某杀局饕獊?lái)自與輸送距離正相關(guān)的管材折舊及維護(hù)費(fèi)用，在當(dāng)前加氫站未全面普及的情況下，管道運(yùn)氫受運(yùn)輸半徑影響難以大面積鋪設(shè)。

當(dāng)前氫氣成本過(guò)高的原因在于運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本占比過(guò)大，占到總成本的30-40%，提高儲(chǔ)氫效率和降低成本成為突破氫能行業(yè)“卡脖子”的關(guān)鍵。根據(jù)張軒等在《氫能供應(yīng)鏈成本分析及建議》中的測(cè)算，以煤制氫、管道運(yùn)輸形式的燃料電池車(chē)為例，當(dāng)運(yùn)輸距離突破200km時(shí)，氫能儲(chǔ)運(yùn)在氫氣成本中的占比突破20%，并隨著運(yùn)輸距離的增加而加速增長(zhǎng)。

與氣態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)氫相比，固態(tài)儲(chǔ)氫經(jīng)濟(jì)、高效、安全，不需要價(jià)格昂貴的儲(chǔ)氫設(shè)備，運(yùn)輸方便。目前主流的儲(chǔ)氫模式分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種，其中氣態(tài)儲(chǔ)氫通常通過(guò)壓縮氫氣至高壓罐中實(shí)現(xiàn)，是目前最常見(jiàn)的儲(chǔ)氫方式，但高壓儲(chǔ)存對(duì)容器的安全性和穩(wěn)定性要求較高，且運(yùn)輸途中存在較大的損耗風(fēng)險(xiǎn)；液態(tài)儲(chǔ)氫通過(guò)冷卻氫氣至其沸點(diǎn)以下，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，這種方法適合大規(guī)模儲(chǔ)氫，但液態(tài)儲(chǔ)氫對(duì)于能耗和儲(chǔ)氫設(shè)備的要求均較高；固態(tài)儲(chǔ)氫通過(guò)吸附或化合物的形式將氫氣儲(chǔ)存在固態(tài)材料中，安全性較高，并且可以在接近環(huán)境的溫度和壓力下進(jìn)行，對(duì)能耗和設(shè)備的要求較低，運(yùn)輸方便。

隨著固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的逐漸成熟，固態(tài)儲(chǔ)氫在儲(chǔ)氫密度和本征安全性能方面優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用場(chǎng)景有望不斷拓寬。近年來(lái)鎂基、鈦鐵系、釩系固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)日趨成熟，示范應(yīng)用取得突破，部分行業(yè)頭部企業(yè)建成千噸級(jí)鎂基儲(chǔ)氫材料生產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)鏈上中下游合作加強(qiáng)，不斷拓寬固定式、移動(dòng)式細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景。

固態(tài)儲(chǔ)氫是指在一定溫度、壓力等條件下，利用固態(tài)儲(chǔ)氫材料實(shí)現(xiàn)可逆存儲(chǔ)與釋放氫氣的技術(shù)。固態(tài)儲(chǔ)氫主要分為物理吸附儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫兩種形式，具有體積儲(chǔ)氫密度高、吸放氫條件溫和、可逆性和循環(huán)壽命高、安全性好、供氫純度高等特點(diǎn)。

國(guó)家和地方為支持固態(tài)儲(chǔ)氫制定實(shí)施了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)政策，為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的高質(zhì)量發(fā)展提供了基礎(chǔ)和保障。自2010年以來(lái)，國(guó)家完善固態(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布《通信用氫燃料電池固態(tài)氫源系統(tǒng)》《燃料電池備用電源用金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)》《鎂基氫化物固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫系統(tǒng)技術(shù)要求》，為固態(tài)儲(chǔ)氫提供了標(biāo)準(zhǔn)化體系，同時(shí)出臺(tái)政策文件《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》等支持了固態(tài)儲(chǔ)氫的長(zhǎng)久發(fā)展。2022年以來(lái)，地方政府相應(yīng)中央，基于中央政策，落實(shí)到具體省級(jí)、市級(jí)層面因地制宜制定地方政策，包括內(nèi)蒙古發(fā)布《做好現(xiàn)代能源經(jīng)濟(jì)這篇文章做大做強(qiáng)國(guó)家重要能源基地》、寧夏回族自治區(qū)發(fā)布《寧夏回族自治區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，中央結(jié)合地方共同推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展。

由于無(wú)需原料氣壓縮/液化設(shè)備投入，固態(tài)儲(chǔ)氫的運(yùn)營(yíng)成本相較高壓與液態(tài)兩種儲(chǔ)存方式具有明顯優(yōu)勢(shì)。根據(jù)氫儲(chǔ)科技的測(cè)算，在實(shí)現(xiàn)規(guī)模化運(yùn)輸?shù)臈l件下，當(dāng)運(yùn)輸半徑為100公里時(shí)，高壓氣氫的運(yùn)營(yíng)成本為7元/公斤，液氫為18元/公斤，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫為4元/公斤；當(dāng)運(yùn)輸半徑擴(kuò)大到300公里，高壓氣氫的運(yùn)營(yíng)成本陡然上升，至21元/公斤，對(duì)比液氫20元/公斤，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫12元/公斤；當(dāng)運(yùn)輸距離擴(kuò)大到500公里時(shí)，高壓氣氫的運(yùn)營(yíng)成本已經(jīng)增加到35元/公斤，液氫增加到22元/公斤，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫上升至20元/公斤。

圖表：氣態(tài)/液態(tài)/固態(tài)儲(chǔ)氫運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

此外，與其他固態(tài)儲(chǔ)氫材料相比，我國(guó)鎂基合金儲(chǔ)氫有望率先獲得規(guī)?；瘧?yīng)用。鎂基儲(chǔ)氫材料體系的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度通常為4-7.6w%，可以在常溫常壓下進(jìn)行氫氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸，典型的固態(tài)儲(chǔ)氫罐包括固態(tài)儲(chǔ)氫材料、殼體、氣體管道及過(guò)濾器、鰭片、金屬泡沫、加熱管等強(qiáng)化傳熱介質(zhì)，預(yù)置空余空間等。此外，與其他固態(tài)儲(chǔ)氫材料如鎳、鈦、稀土相比，地球鎂元素儲(chǔ)量豐富，尤其我國(guó)鎂資源全球居首，鎂年產(chǎn)量占全球85%以上。其次，金屬鎂具有比重輕、阻尼性能優(yōu)、儲(chǔ)氫量大、電化學(xué)容量高等特點(diǎn)，與其他儲(chǔ)氫材料相比具有運(yùn)輸方便、安全性高、儲(chǔ)氫量大、單次儲(chǔ)運(yùn)效率高、存儲(chǔ)過(guò)程中無(wú)氫氣衰減的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)目前的鎂基儲(chǔ)氫方案具有儲(chǔ)氫質(zhì)量密度高、成本低、安全性強(qiáng)的特性，能夠匹配氫氣運(yùn)輸、氫冶金、氫儲(chǔ)能、氫化工、分布式發(fā)電、氫內(nèi)燃機(jī)交通工具等多元應(yīng)用場(chǎng)景，相比其他儲(chǔ)氫材料具有更廣泛的應(yīng)用空間。

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