固態(tài)儲(chǔ)氫進(jìn)入發(fā)展新階段：開始產(chǎn)業(yè)化

氫能行業(yè)有個(gè)“冷知識(shí)”。

我國雖然每年消費(fèi)3400噸氫氣，是全球用氫第一大國，但是這些氫氣絕大部分是即產(chǎn)即用，很少進(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)；即使需要運(yùn)輸，也主要是通過高壓氣氫小規(guī)模運(yùn)輸。

個(gè)中原因，在于氫氣儲(chǔ)運(yùn)上的瓶頸——氫氣密度僅為空氣密度的1/14，不易于儲(chǔ)存。

人們不斷探索氫氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)——除了傳統(tǒng)的氣態(tài)壓縮進(jìn)瓶罐運(yùn)輸外，將氫氣深冷液化運(yùn)輸是一種，固態(tài)儲(chǔ)存也是一種。

兩條新興技術(shù)路線都涌現(xiàn)出不少技術(shù)團(tuán)隊(duì)，其中固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)以氫楓（中國）為代表，形成了集鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料、吸放氫控制系統(tǒng)等為一體的鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫系統(tǒng)成熟產(chǎn)品，已經(jīng)率先開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

1、三大主流儲(chǔ)氫技術(shù)路線

氫儲(chǔ)運(yùn)按氫的形態(tài)劃分有氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)三種方式。

氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)包括長管拖車和管道輸氫。高壓氣氫運(yùn)輸是現(xiàn)階段使用最廣泛且最成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)；但高壓氣態(tài)的安全性低，儲(chǔ)氫密度低、運(yùn)量小，對距離較為敏感，100km以內(nèi)小規(guī)模運(yùn)輸場景下具備成本優(yōu)勢。

管道輸氫是以管道的形式對氫氣進(jìn)行運(yùn)輸，分為純氫管道和摻氫管道。適合大規(guī)模遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，能耗低、超遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本低，但前期固定投入成本極高，短期內(nèi)無法大規(guī)模普及。

液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)包括低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)及有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)。

低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是指將氫氣從常溫氣態(tài)冷卻至-253℃液化后存儲(chǔ)于專用的液氫儲(chǔ)罐，通過液氫槽罐車或液氫運(yùn)輸船進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞剑h(yuǎn)距離運(yùn)輸成本低、純度高，但氫液化能耗高、儲(chǔ)氫容器要求高、易揮發(fā)。目前我國液氫民用還處于初期發(fā)展階段。

有機(jī)液態(tài)也是新出現(xiàn)的一種技術(shù)路線，是通過加氫反應(yīng)將氫氣等芳香族有機(jī)化合物固定，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)己烷等飽和環(huán)狀化合物，目前處在示范驗(yàn)證階段。

?固態(tài)儲(chǔ)氫?是利用固體儲(chǔ)氫材料對氫氣的物理吸附或化學(xué)反應(yīng)，將氫氣儲(chǔ)存在固體材料中的技術(shù)，可將傳統(tǒng)低溫、高壓的氫氣儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為常溫常壓狀態(tài)。其儲(chǔ)氫密度高、安全性好、能耗相對低、可長期存放。目前，固態(tài)儲(chǔ)氫材料主要包括AB5型儲(chǔ)氫合金、AB2型儲(chǔ)氫合金、AB型儲(chǔ)氫合金、Mg基儲(chǔ)氫合金等。

表1 常見體系固態(tài)儲(chǔ)氫材料

其中，鎂基儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫密度、安全性較高，原料鎂價(jià)格相對較便宜，鎂基儲(chǔ)氫材料技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。

2、鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫已經(jīng)形成商業(yè)化系統(tǒng)產(chǎn)品

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫在材料層面的研究已經(jīng)相對成熟，但鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)不僅需要材料層面的攻關(guān)，更重要的是要實(shí)現(xiàn)材料到產(chǎn)品、系統(tǒng)乃至完整解決方案的系統(tǒng)性構(gòu)建。

3、鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫進(jìn)入新階段：拓展商業(yè)化應(yīng)用場景

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受限于安全、便捷、經(jīng)濟(jì)等儲(chǔ)氫技術(shù)，鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)可以極大地減少對壓縮設(shè)備、高壓儲(chǔ)罐、高壓閥門和管道的依賴，減少了因氫氣壓縮和減壓過程導(dǎo)致的能耗，顯著降低了初期設(shè)備投資、建設(shè)和運(yùn)營成本，同時(shí)降低氫氣在儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本，助力氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

固定式應(yīng)用主要是對氫氣進(jìn)行存儲(chǔ)，適用于氫發(fā)電和氫工業(yè)方面的應(yīng)用；移動(dòng)式應(yīng)用主要是對氫氣進(jìn)行運(yùn)輸，在陸上運(yùn)輸和海上運(yùn)輸均可使用。

（1）可再生能源儲(chǔ)能+綠色化工/發(fā)電

隨著風(fēng)電及光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其隨機(jī)性和間歇性致使棄風(fēng)、棄光的問題逐漸凸顯。因此，可通過在風(fēng)力高峰時(shí)段或光照充足的時(shí)段產(chǎn)生的富余電力用于電解水制取氫氣，大規(guī)模地存儲(chǔ)于鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫裝置中，實(shí)現(xiàn)能量安全、長周期儲(chǔ)存，便于下游氫氣原材料的供應(yīng)。

圖 鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫耦合氫發(fā)電/氫工業(yè)場景

工業(yè)領(lǐng)域是氫氣巨大的消納領(lǐng)域，據(jù)H2 Plus Data數(shù)據(jù)，綠氫在化工領(lǐng)域的消納占比達(dá)到90.49%。存儲(chǔ)起來的氫氣可用于下游化工領(lǐng)域的應(yīng)用，為綠醇、綠氨等氫基產(chǎn)品生產(chǎn)線提供大量源源不斷的綠氫供應(yīng)；當(dāng)然，也可以用于氫治金領(lǐng)域。

同時(shí)，在在風(fēng)力不足時(shí)段或光照不足的時(shí)段（如夜晚），可充分利用鎂基固態(tài)存儲(chǔ)的氫氣通過燃料電池發(fā)電，用于補(bǔ)充下游負(fù)荷的電力供應(yīng)。

（2）鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫與固體氧化物電解池耦合

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫在放氫過程中需要大量熱量，而固體氧化物(SOFC)燃料電池技術(shù)需要在 600~1000 ℃ (一 般 為 700~800 ℃)的高溫下進(jìn)行，同時(shí)副產(chǎn)高溫余熱，因此，可充分利用該余熱為鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫放氫過程提供熱量。而鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫的吸氫過程是放熱反應(yīng)，可為固體氧化物電解水制氫(SOEC)提供熱量。整個(gè)過程有效實(shí)現(xiàn)熱量的循環(huán)利用，促進(jìn)“電—?dú)洹姟比谕ü糙A。

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫和SOEC/FC耦合可完美應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)削峰填谷。在用電低谷時(shí)利用廉價(jià)的電力制取氫氣，存儲(chǔ)進(jìn)鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫；在用電高峰期通過鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫為SOFC燃料電池發(fā)電系統(tǒng)提供充足氫氣進(jìn)行氫發(fā)電，并入公共電網(wǎng)。對比常規(guī)的抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫具有能量轉(zhuǎn)換效率高，占地面積小，對地形和地質(zhì)條件要求低等特點(diǎn)。

（3）陸上、海上氫氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸

鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)適用于大規(guī)模、中長距離的氫氣運(yùn)輸場景。對于海上運(yùn)輸，隨著海上風(fēng)電耦合電解水制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來可對海上風(fēng)電場產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，當(dāng)然，也可以進(jìn)行外貿(mào)的跨海和跨國運(yùn)輸。

4、總結(jié)

總體來說，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫是氫儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新性技術(shù)，以其安全性、便捷性、經(jīng)濟(jì)性、長周期和高儲(chǔ)氫密度等特點(diǎn)很好地解決了氫氣長距離、大規(guī)模運(yùn)輸問題，從而擴(kuò)大單一氫源經(jīng)濟(jì)性半徑，氫能應(yīng)用也將會(huì)不斷擴(kuò)大，整體促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段和商業(yè)化初始階段，但系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)?；?、批量化有待進(jìn)一步提高，交付能力有待加強(qiáng)，需要更多如氫楓這樣的綜合技術(shù)解決方案提供商，整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，提供系統(tǒng)的鎂基固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫解決方案。