氫儲存運輸環(huán)節(jié)深度研究報告

前言：氫儲運環(huán)節(jié)在氫能產(chǎn)業(yè)中的意義與難點氫的儲存-運輸環(huán)節(jié)，處于氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的中游，連接著制氫和用氫兩端氫儲運環(huán)節(jié)的研究意義與研究難點，主要鑒于以下2點：“貴”

氫儲運環(huán)節(jié)的成本約占終端用氫總成本的(30-40)%，儲運環(huán)節(jié)就成為了降低終端用氫總成本的關(guān)鍵“難”

氫氣本身密度極小(0.089g/L)易逃逸、由氣態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)的液化臨界溫度低(-253°C)、穩(wěn)定性差等固有屬性，使得氫的儲運天然存在難度目錄氣態(tài)儲氫路線氣態(tài)儲運主要會涉及到的關(guān)鍵設(shè)備氣態(tài)運輸情況液態(tài)儲氫路線液態(tài)儲運主要會涉及到的關(guān)鍵設(shè)備液態(tài)運輸情況固態(tài)儲氫路線固態(tài)儲運主要會涉及到的關(guān)鍵設(shè)備固態(tài)運輸情況目錄氫的3種主要存在狀態(tài)與運輸方式之間的對應(yīng)關(guān)系

(2030預(yù)測)氫的幾種主要運輸方式之間的橫向?qū)Ρ炔煌龠\距和②運量要求條件下的決策矩陣分階段展望，我國氫儲運方式的總體格局我國氫儲運方式的展望時間表儲氫承壓設(shè)備體系輸氫承壓設(shè)備體系氫能承壓設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系氫以氣態(tài)儲運仍為氣態(tài)氫以氣態(tài)儲運高壓氣氫的概況—制氫端多輸出氫氣，經(jīng)壓縮后以氣態(tài)儲運順理成章，最為簡易成熟灰氫藍氫綠氫氣態(tài)為主氣態(tài)為主氣態(tài)為主壓縮進一步加壓氣態(tài)雖然可以通過進一步加壓的方式繼續(xù)提升儲氫密度，但是壓力越高，對儲氫容器材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的要求同步越高，成本亦會大幅增加，安全性也更加難以保障高壓氣態(tài)儲氫運氫仍是我國目前最大的方式，技術(shù)較為簡單成熟，充放氫速度快，壓縮過程能耗較低。但經(jīng)過壓縮后的氫氣密度依然不到0.02kg/L，儲氫密度和安全性仍是氣氫儲運的重大缺陷制氫

端高壓氣氫瓶?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運氣態(tài)儲運主要會涉及到的關(guān)鍵設(shè)備——氫氣壓縮機、高壓氣氫儲瓶、氫閥門①氫氣壓縮機長管拖車③各類氫閥門②高壓氣氫儲瓶為管道輸氫提供動力用于加氫站壓縮非氫領(lǐng)域作氣體增壓氣氫儲運加注系統(tǒng)車載儲供氫系統(tǒng)燃料電池動力系統(tǒng)用于制氫端壓縮 運輸過程用儲氫瓶車載儲氫瓶加氫站用儲氫瓶?2023.7Sixsigma

Research氫氣壓縮機工作原理類似于泵，將系統(tǒng)低壓側(cè)的壓力降低，并將系統(tǒng)高壓側(cè)的壓力提高，從而使H2從低壓側(cè)向高壓側(cè)流動隔膜壓縮機、液驅(qū)活塞式壓縮機是氫氣壓縮機中的目前兩大主流，二者的構(gòu)造和原理有所不同：隔膜壓縮機是靠隔膜在氣缸中作往復(fù)運動來壓縮和輸送氣體的往復(fù)壓縮機。隔膜沿周邊由氣側(cè)膜頭和油側(cè)膜頭夾緊，隔膜由機械或液壓驅(qū)動在氣缸內(nèi)往復(fù)運動，從而實現(xiàn)對氣體的壓縮和輸送液驅(qū)活塞式壓縮機通過液壓油驅(qū)動活塞作往復(fù)運動，往復(fù)運動的活塞直接作用于氫氣，實現(xiàn)氫氣的壓縮和輸送。液壓油一般由液壓泵提供，并通過電磁換向閥控制液壓油流動方向，實現(xiàn)對活塞的往復(fù)作用。這種結(jié)構(gòu)可以做成多列基

礎(chǔ)

構(gòu)

造

和

原

理分

類

型

的

具

體

構(gòu)

造

和

原

理氫以氣態(tài)儲運氫氣壓縮機—構(gòu)造和原理簡介?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運氫氣壓縮機—下游應(yīng)用倒逼氫氣壓縮機提升壓縮比、排量，“液驅(qū)+隔膜式”驚喜出現(xiàn)傳統(tǒng)隔膜式壓縮機液驅(qū)式活塞壓縮機最新型液驅(qū)隔膜式壓縮機特性用膜片將油氣完全隔離，可保證氣體純度、密封性好、單級壓縮比大結(jié)構(gòu)原理簡單，多級串、并聯(lián)壓縮，布局靈活液壓泵直驅(qū)+高頻換向閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曲柄連桿+活塞、皮帶傳動整機模塊化，適應(yīng)變工況、頻繁啟停優(yōu)勢無污染，確保了氫氣壓縮過程的潔凈密封性好，適合易燃易爆等危險氣體的壓縮壓縮比大，容易實現(xiàn)低進氣、高排氣等溫壓縮結(jié)合一體化冷卻，排氣溫度低結(jié)構(gòu)緊湊操作簡單控制簡單綜合成本較低創(chuàng)新性的技術(shù)方案，關(guān)鍵部件全自主研發(fā)，開發(fā)設(shè)計難度大，需要企業(yè)有強大的自主研發(fā)能力，只有極少數(shù)國內(nèi)公司實現(xiàn)兼具隔膜壓縮機的優(yōu)點：無污染，確保了氫氣壓縮機過程的潔凈兼具液驅(qū)壓縮機的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，能適應(yīng)頻繁啟停、冷態(tài)開車、帶載啟停的加氫站工況，模塊化設(shè)計，靈活升級切換膜頭的穹形表面為特殊型面，加工比較困難難適用于頻繁啟停工況尚需改進

價格高于一般活塞式壓縮機密封性要求高，氫氣受污染可能性較大膜片比較容易損壞，膜片安裝過程對工人經(jīng)驗要求較高

單級壓縮比較低排氣量由于受到高的壓比和氣腔容積的限制而相對較小

活塞結(jié)構(gòu)，噪聲較大液壓泵和換向閥是液驅(qū)隔膜式壓縮機的關(guān)鍵核心零部件：液壓泵的負(fù)載特點是高頻脈動負(fù)載，液壓泵既能承受高密封圈易損壞和老化，更換周期短，維修費用較高

壓，又能夠適應(yīng)高頻脈動的特性，對液壓泵內(nèi)部零件的疲勞壽命要求高換向閥既要滿足膜片動作的高頻率，又要減小流阻降低能量損失下游應(yīng)用倒逼：壓縮比排量?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運氫氣壓縮機—國內(nèi)公司的研發(fā)突破進展迅速上海羿弓氫能科技首創(chuàng)了“液驅(qū)+隔膜”技術(shù)設(shè)備方案，取消了曲軸連桿傳動機構(gòu)，整機布局緊湊，體積僅為同類傳統(tǒng)隔膜式壓縮機的50%左右液驅(qū)方案可適應(yīng)“頻繁啟停、冷態(tài)開車、帶載啟?！钡募託湔咎厥夤r，通過驅(qū)動、增壓單元多級串并聯(lián)，實現(xiàn)超大排量、超大壓比液驅(qū)、隔膜壓縮機目前仍有較多部件依賴進口，下游對壓縮機性價比及產(chǎn)品售后維修要求也會不斷提高，技術(shù)突破性國產(chǎn)團隊具備國產(chǎn)化市場機會，如：青島康普銳斯、海德利森、東德實業(yè)等20%70%80%29%1%國外國內(nèi)最新型液驅(qū)隔膜式液驅(qū)活塞式隔膜式?2023.7Sixsigma

Research有無內(nèi)膽/有有有無內(nèi)膽材料/鋼鋁/鋁合金塑料目前國外正在研究V

型儲氫瓶，但尚未實現(xiàn)商業(yè)化，該氣瓶仍然使用碳纖維復(fù)合材料纏繞，不使用任何內(nèi)膽。V型瓶工作壓力可達

70~100MPa

、

無氫脆、無腐蝕性、使用壽命可達30年以上、成本中等等優(yōu)點，亦可用于航天及車載領(lǐng)域瓶壁的厚度比Ⅱ型減薄比Ⅱ型減薄有無瓶身包裹物無有部分包裹物瓶身全包裹瓶身全包裹包裹纏繞方式/環(huán)向纏繞全纏繞全纏繞壓力壓強（兆帕）17.5~2026~3030~7030~70儲氫質(zhì)量密度（wt/%）≈1%≈1.5%≈2.4%

(50L瓶)≈4.1%

(50L瓶)規(guī)格型號主要為35MPa、70MPa兩種主要為35MPa、70MPa兩種應(yīng)用場景加氫站等固定場景國內(nèi)車載國際車載I型氣瓶II型氣瓶III型氣瓶IV型氣瓶V型氣瓶氫以氣態(tài)儲運高壓氣氫儲瓶—高壓儲氫容器向高壓、輕量、降成本、無氫脆發(fā)展，V型尚需時間?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運高壓氣氫儲瓶—內(nèi)襯材料、纖維纏繞方式及成型工藝是進一步迭代方向從內(nèi)襯材料入手內(nèi)襯材料的基本要求是抗氫滲能力強，且具備良好的抗疲勞性。金屬內(nèi)襯階段多采用鋁合金，為了進一步減輕高壓儲氫容器的自重，提高系統(tǒng)儲氫密度，同時降低成本，將金屬內(nèi)襯替換為塑料內(nèi)襯，復(fù)合材料一般為高密度聚乙烯，這種材料使用溫度范圍較寬，延伸率高達700%，沖擊韌性和斷裂韌性較好。如添加密封膠等添加劑，進行氟化或硫化等表面處理，或用其他材料通過共擠作用的結(jié)合，還可提高氣密性。未來找出性能更為理想適宜的材料，是迭代入手的方向之一從纖維纏繞方式、成型工藝入手纖維纏繞方式開始時有環(huán)向纏繞、縱向纏繞和螺旋纏繞(測地線纏繞)，最新采用了幾種相結(jié)合的方式—使得纖維均勻地纏滿芯模表面，構(gòu)成雙層纖維層，保證纏繞后的氣瓶滿足使用的壓力要求纖維纏繞成型工藝開始時有濕法纏繞、

干法纏繞2種，最新采用了半干法纏繞的方式—在浸膠碳纖維纏繞到芯模之前通過烘干設(shè)備將浸膠碳纖維紗線中的溶劑除去，提高制品質(zhì)量。

與干法纏繞相比省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比只是增加了一套烘干設(shè)備，卻可以大幅降低制品中的氣泡含量以及孔隙?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運氫閥作為氫氣/液氫開閉流動的重要“關(guān)節(jié)”十分重要，核工業(yè)、航天等流體機械背景的團隊降維跨界而來氫分子H2②易融入金屬的原子晶格并在有缺陷的原子晶格中重新聚合成氫分子，造成應(yīng)力集中，超過金屬的強度極限，導(dǎo)致材料脆化甚至開裂，即常說的“氫脆現(xiàn)象”①分子小，易逃逸擴散，易滲透，一旦泄露可能引發(fā)燃燒和爆炸閥門作為氫氣、液氫開閉流動的重要“關(guān)節(jié)處”其性能和安全可靠性十分重要是我國長期依賴進口“被卡脖子”的關(guān)鍵部件國內(nèi)進展1個閥門涉及多種零件的設(shè)計、生產(chǎn)、組裝、集成，需要流體機械背景、集成經(jīng)驗和工藝積累。流體機械技術(shù)最為前沿的當(dāng)數(shù)核工業(yè)領(lǐng)域、航天領(lǐng)域，目前國內(nèi)已有從這兩大領(lǐng)域出身的創(chuàng)業(yè)團隊進入推動氫閥的國產(chǎn)化，還分別進行了一些自主原創(chuàng)性改造。在擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上配備完善的售后服務(wù)，產(chǎn)品的后期運行維護費用、組件更換費用比進口產(chǎn)品大幅節(jié)省，具有產(chǎn)品全生命周期成本優(yōu)勢?2023.7Sixsigma

Research氫以氣態(tài)儲運我國輸氫管網(wǎng)仍將由國家主導(dǎo)，是全國性跨區(qū)域、長距離、大規(guī)模集中運氫終極目標(biāo)通遼純氫示范，管道全長7.8km，年輸氫量達10萬噸遼寧朝陽天然氣管道摻氫示范，摻氫比例10%，安全運行1年有余河北定州至高碑店氫氣常輸管道，管道全長約145km，輸量量10萬噸一年濟原-洛陽輸氫管道，總長度25km，年輸氫量達10.04萬噸金陵-揚子氫氣管道，氫氣純度99.9%，全場32km巴陵-長嶺氫氣輸送管道，總長度42km，4MPa寧夏天然氣摻氫降碳示范，國內(nèi)首個燃?xì)夤芫W(wǎng)摻氫試驗玉門油田輸氫管道，

長度

5.77km、輸氫能力1萬標(biāo)方/小時達茂工業(yè)區(qū)氫氣管道工程

，計劃2022

年7

月開工，

一期年輸送能力10萬噸，二期30萬噸陜煤干線摻氫，全長97km，摻氫比例5%廣東摻氫海底管道，線路全長55km，摻氫比20%，設(shè)計輸量40億方/年寧夏能源化工基地輸氫管道，長1.2km，輸氫能力為200萬標(biāo)方/年張家口天然氣摻氫應(yīng)用示范，輸氫量為440立方米/年純氫管道天然氣摻氫管道?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運氫的液態(tài)儲運，是指將氫能從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)再進行儲存運輸?shù)姆椒?。按照技術(shù)原理的不同，可分為物理法、化學(xué)法兩種氫以液態(tài)儲運氫以液態(tài)儲運的概況—按照技術(shù)原理的不同，可分為物理法、化學(xué)法兩種物理法化學(xué)法低溫液化氫：

將氫冷卻到液化臨界溫度21K(-253°C)以下而形成液氫，儲存于低溫絕熱液氫罐進行儲運液氨儲氫：3H2+N2=2NH3(反應(yīng)條件：高溫500℃、高壓40-60Mpa、催化劑鐵觸媒)甲醇儲氫：3H2+CO2＝CH3OH+H2O

(反應(yīng)條件：一定的溫度和催化劑)2H2+CO→CH3OH

(反應(yīng)條件：高溫、高壓、一定的催化劑)有機液體儲氫LOHC

：

對不飽和液體有機物(如：甲烷TOL等芳香族有機化合物)在催化劑作用下進行加氫反應(yīng)，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)乙烷MCH等飽和環(huán)狀化合物，生成穩(wěn)定化合物，從而可在常溫常壓下液態(tài)儲運，當(dāng)需要氫氣時再在使用地點在催化劑作用下通過脫氫反應(yīng)提取出所需量的氫氣氫以液態(tài)儲運?2023.7Sixsigma

Research低溫液態(tài)儲氫屬于物理儲存，將氫氣壓縮深冷到21K（約-253°C）以下，使氫氣變?yōu)橐簹?，然后存儲到特制的絕熱真空容器(杜瓦瓶)中(1)液化氫大大提高了氫的密度和儲存運輸效率，液氫密度可達到70.78kg/m3，是標(biāo)準(zhǔn)情況下氫氣密度(0.089g/L)的850倍，是80MPa復(fù)合高壓下氣態(tài)儲氫密度(33kg/m3)

的大約2.2倍

(2)液氫還能大大提高氫氣的純度，在液態(tài)溫度下，氫中的大部分有害雜質(zhì)被去除凈化，從而可得到純度>99.9999%的超純氫氣，即可滿足下游氫燃料電池的應(yīng)用要求標(biāo)準(zhǔn)(1)由于氫氣的液化臨界溫度極低(-253°C)、沸點低(20.3K開爾文)、潛熱低、易蒸發(fā)，與常溫環(huán)境溫差極大，這就對液氫儲存容器的隔溫絕熱性要求很高

(2)由于目前液氫進口設(shè)備成本高，國產(chǎn)液氫總產(chǎn)能較低，導(dǎo)致液氫成本仍然較高液氫最早用于航天領(lǐng)域。液氫燃料在航天領(lǐng)域是一種難得的高能推進劑燃料，氫氧發(fā)動機的推進比沖I=391s，除了有毒的液氟外，液氫的比沖值是最高的，因此在航天領(lǐng)域得到重用。氫的能量密度高，是普通汽油的3倍，這意味著燃料的自重可降低2/3，這對飛機來講是極為有利的。與常用的航空煤油相比，用液氫作航空燃料，能夠大幅改善飛機各類性能參數(shù)。除了航天航空領(lǐng)域之外，液氫還可應(yīng)用在高端制造、冶金、電子等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。對于大規(guī)模、遠距離的氫能儲運，低溫液態(tài)儲氫運氫有較大優(yōu)勢氫以液態(tài)儲運物理法—深冷低溫液態(tài)的概況定義優(yōu)點局限性運輸情況?2023.7Sixsigma

Research基本原理就是焦耳-湯姆孫(J-T)效應(yīng)。分為兩步，先將氫氣預(yù)冷，再通過J-T膨脹進一步冷卻并液化。盡管原理簡單和可靠，但是效率不高，整個流程處理復(fù)雜氫以液態(tài)儲運氫液化使用的主流循環(huán)Hampson–Linde

循環(huán)Claude

循環(huán)Collins

循環(huán)Helium

Brayton

循環(huán)MagneticRefrigeration/Liquefaction

SystemCarnot

循環(huán)最基本也是最簡單的氫氣液化方法由Claude

循環(huán)衍變而來的氫氣液化方法目前主要應(yīng)用于實驗室規(guī)模的制氫、還未應(yīng)用于大型的商業(yè)制氫工廠的氫氣液化方法磁制冷系統(tǒng)是一個逆卡洛循環(huán)(Carnot

cycle)大型液氫工廠為提高效率目前普遍采用的氫氣液化方法通過引入膨脹機(Expansion

machine)可以在J-T膨脹（與Hampson–Linde

Process第二階段相同）之前獲得更低的溫度，從而提高轉(zhuǎn)換效率Collins

Process最初應(yīng)用于氦氣液化，由Claude

Process變化而來，采用了兩級不同工作溫度的絕熱膨脹機是一種熱力學(xué)循環(huán)，是噴氣發(fā)動機和電廠的燃?xì)廨啓C的工作原理。通過使用氦氣作為制冷劑，由于氦氣的液化溫度要低于氫氣，可以先將氦氣冷卻至低于氫氣的液化溫度，再通過換熱器將氫氣冷卻并液化。氫氣可以通過液氮預(yù)冷以減少壓縮機做功磁制冷系統(tǒng)的原理是利用磁制冷材料在施加或移除磁場時的熵差(entropy

difference)和絕熱溫度變化。目前應(yīng)用于氫氣液化還處于研發(fā)階段，核心的問題是找到合適的磁制冷材料衍變而來?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運從液氫運輸成本構(gòu)成來看，液化環(huán)節(jié)成本占總成本近70%，相關(guān)核心技術(shù)設(shè)備是關(guān)鍵氫的液化臨界溫度常溫①以溫度更低的氣體或液體作為制冷劑通過熱交換冷卻②通過膨脹機做功的絕熱膨脹冷卻③通過正系數(shù)的J-T膨脹冷卻壓縮環(huán)節(jié)預(yù)冷環(huán)節(jié)低溫冷卻環(huán)節(jié)催化正-仲氫轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)J-T膨脹環(huán)節(jié)壓縮機Compressor熱交換器Heat

Exchanger膨脹機Expander正仲氫轉(zhuǎn)化器CatalyzedO-P

HydrogenConversionerJ-T膨脹閥/節(jié)流閥Throttling

valve?2023.7Sixsigma

Research我國的低溫液氫起步較晚，且之前長期面臨國外的技術(shù)封鎖，氫液化關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備的國產(chǎn)化應(yīng)重點關(guān)注。美國一直對中國采取“嚴(yán)格禁運，嚴(yán)禁交流”的策略，同時還限制其同盟國的公司例如Air

Liquide法液空、Linde林德等向中國出售設(shè)備和技術(shù)。國內(nèi)目前液氫的問題是成本高，關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)仍依賴進口，成本過高也導(dǎo)致了目前民用液氫工廠較少，多為示范應(yīng)用工程，目前不超過10臺氫液化設(shè)備膨脹機，目前主要是根據(jù)示范項目、產(chǎn)業(yè)化項目的要求定制設(shè)計、制造和落地，能耗較低，但是不能靈活移動，并且需要連續(xù)運行不能隨時啟停。國內(nèi)的大型氫液化裝置，如國富氫能、中科富海主要需要突破低溫氫工況材料選用、降低液化過程能耗、氫/氦透平膨脹機研制和正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑等技術(shù)難題，隨著技術(shù)突破大型氫液化裝置的國產(chǎn)化將快速降低氫液化成本氫以液態(tài)儲運液氫關(guān)鍵設(shè)備—膨脹機?2023.7Sixsigma

Research將常溫氫氣液化要移除三部分的熱量，一是將常溫氫氣冷卻至沸點散發(fā)的熱量，二是氫氣冷凝液化所釋放的熱量，三是正-仲氫轉(zhuǎn)化所釋放的熱量。氫具有正、仲氫兩種不同的形式，隨著溫度的降低，正氫會通過正-仲態(tài)轉(zhuǎn)化成仲氫，由于正-仲轉(zhuǎn)換放出的熱量大于氫氣的氣化潛熱，所以最后的液氫產(chǎn)品必須以仲氫的形式存在，規(guī)定要求仲氫含量必須大于95%。所以在氫液化過程中，需要在換熱器或者中間加正仲轉(zhuǎn)換器，以保證仲氫的含量達到標(biāo)準(zhǔn)常溫常壓下的常態(tài)氫氣Normal

Hydrogen中含有75%的正氫和25%的仲氫，在氫氣液化過程中要盡可能將正氫全部轉(zhuǎn)化為仲氫。因為仲氫更不活躍，所含能量更低，如果正氫不能全部轉(zhuǎn)化為仲氫，在存儲過程中正氫在低溫狀態(tài)下會自發(fā)的緩慢轉(zhuǎn)化為仲氫，轉(zhuǎn)化過程中釋放的熱量可能使部分液氫氣化，造成液氫儲罐過壓而出現(xiàn)破裂風(fēng)險。因此上面介紹的各種的氫氣液化循環(huán)都需要加入正-仲氫轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。而自發(fā)的正仲氫轉(zhuǎn)化是比較緩慢的過程，通常需要幾天的時間，液氫工廠一般采用催化劑加速這一過程國內(nèi)對于正-仲氫轉(zhuǎn)換催化劑研究已經(jīng)取得一定成績，北京航天試驗技術(shù)研究所自制的正仲氫轉(zhuǎn)化催化劑性能已達到國際先進水平氫以液態(tài)儲運液氫關(guān)鍵設(shè)備—正仲氫轉(zhuǎn)化器?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運液氫關(guān)鍵設(shè)備—液氫絕熱隔溫儲罐根據(jù)使用形式，液氫儲罐可分為：1）固定式：固定式液氫儲罐可采用多種形狀，常用的包括球形儲罐和圓柱形儲罐，一般用于大容積的液氫存儲；2）移動式：由于移動式運輸工具的尺寸限制，移動式液氫儲罐廠采用臥式圓柱形，結(jié)構(gòu)、功能與固定式液氫儲罐并無明顯差別，但需具有一定的抗沖擊強度，以滿足運輸過程中的速度要求；3）罐式集裝箱：液氫罐式集裝箱與液化天然氣罐式集裝箱類似，可實現(xiàn)液氫工廠到液氫用戶的直接儲供，減少了液氫轉(zhuǎn)注過程的蒸發(fā)損失，且運輸方式靈活。大容積、低蒸發(fā)率的液氫儲罐是液氫容器的重要研發(fā)方向按照絕熱原理，可分為普通堆積絕熱和真空絕熱兩大類。低溫液氫儲存的研究熱點是無損儲存，無損儲存的關(guān)鍵在于由傳統(tǒng)的被動絕熱方式向主動絕熱技術(shù)轉(zhuǎn)變，將更低導(dǎo)熱率、更高低溫性能的新材料應(yīng)用于液氫儲罐?2023.7Sixsigma

Research降溫液化<

132,417管道輸氫氣氫拖車液氫儲運液化機-液化能耗（90）液氫罐+液氫罐車+油費+人力費+保險費+過路費損耗氣化還原待進一步提高材料的絕熱隔溫性損耗壓縮機-壓縮能耗高壓瓶+氣氫車+油費+人力費+保險費+過路費加壓壓縮管道的初始投資(勘查-設(shè)計-施工建造)運行維護費損耗待解決“氫脆”難題33.6(注：1

MJ=0.28KWh)待進一步提高材料的高度承壓性氣氫71>34液氫kg/m3KWh/m3KWh/kg密度單位體積能量密度單位質(zhì)量能量密度kg/m3KWh/m3KWh/kg液氫制取是產(chǎn)業(yè)鏈最核心制取的關(guān)鍵在降本降本的關(guān)鍵在于【大型液化裝置的國產(chǎn)化】綜合考慮：

路徑環(huán)節(jié)的多寡、技術(shù)難度、所需時間氫以液態(tài)儲運低溫液態(tài)儲運氫的最具價值攻克的一環(huán)，是氫液化核心設(shè)備的國產(chǎn)化和由此帶來的降本?2023.7Sixsigma

Research北美：歐洲：亞洲：市值1460億美元市值665億歐元市值527億美元（已與林德合并）數(shù)據(jù)來源：雅虎財經(jīng)市值160億美元氫以液態(tài)儲運最早發(fā)展利用氫能源的發(fā)達國家，均沿著液氫路線誕生了一批液氫生產(chǎn)巨頭?2023.7Sixsigma

Research液氫罐是液氫車運的關(guān)鍵設(shè)備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。公路用的液氫儲罐其存儲液氫的容量可以達到100m3，鐵路用的特殊大容量的槽車甚至可運輸120~200m3的液氫。液氫存儲密度和損失率與儲氫罐的容積有較大關(guān)系，大儲氫罐的儲氫效果要比小儲氫罐好液化過程的能耗及其它成本占整個液氫儲運環(huán)節(jié)總成本的90%以上，這也造就了液氫運輸成本對于運輸距離不敏感，運輸距離越長經(jīng)濟性越高。未來降本方向為，液化設(shè)備的國產(chǎn)化、規(guī)模效應(yīng)的發(fā)揮、技術(shù)對液化能耗的進一步降低氫以液態(tài)儲運液氫的運輸情況—總體看適合運距較遠、運量較大的情形液氫還可使用駁船運輸，這和運輸液化石油氣相似，駁船上裝載容量很大的存儲液氫的儲罐，需要使用性能更好的絕熱材料。用于船運的液氫儲罐容積可達1000m3以上，且無需經(jīng)過人口密集區(qū)域，更加安全、經(jīng)濟液氫駁船運輸?shù)陌l(fā)展由未來當(dāng)?shù)刂茪涑杀镜母叩蜎Q定。采用液氫駁船運輸?shù)臍錃馔沁M口的，這部分船舶進口的氫能源將與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的氫能源直接競爭，當(dāng)?shù)氐闹茪涑杀舅郊捌浣当緷摿⒊蓻Q定性因素單罐容積量0120-200m3100m3>1000m3跨國海運公路鐵路液氫駁船：適用于跨國海洋運氫液氫罐車：多走公路，超大容量輔以鐵路?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運氫以液態(tài)儲運的主要運輸工具、運輸方式—液氫罐車(公路、鐵路)、液氫駁船(海洋運輸)?

公路(液氫罐車)：?

鐵路(液氫罐車)：?

海洋(液氫駁船)：川崎重工建造的世界上第一艘液氫運氫船Suiso

Frontier日本川崎重工建造的全球首艘液氫運輸船于2021年12月開啟首航，從日本駛往澳大利亞提取第一批貨物，船上搭載了川崎重工播磨工廠制造的液氫儲罐—長25米高16米的橢圓形儲罐能夠儲存1250m3的液氫。川崎重工還將斥資5.78億美元建造全球首艘大型液化氫運輸船，將配備4個可分別儲存4萬m3液化氫的儲罐，預(yù)計2026年完工?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運液氫開始直接作為大宗燃料，為各類大型交通工具供給動力能源戴姆勒梅賽德斯奔馳GenH2燃料電池重卡氫動力船舶空客氫動力飛機國家長征系列運載火箭?2023.7Sixsigma

Research+不飽和液體有機物加氫反應(yīng)脫氫合成化合物(儲運載體)NH3CH3OH飽和環(huán)狀化合物(如：甲烷TOL等芳香族有機化合物)

(如：甲基環(huán)乙烷MCH)+N2+CO2/CO直接利用直接利用化肥農(nóng)藥原料燃料火箭導(dǎo)彈的推進劑化工中間原料農(nóng)藥日化脫氫脫氫氫以液態(tài)儲運化學(xué)法—本質(zhì)是氫通過化學(xué)反應(yīng)，生成含氫的液態(tài)化合物，作為氫的儲運載體?2023.7Sixsigma

Research將氫氣H2與氮氣N2在特定的反應(yīng)條件下反應(yīng)生成液氨，液氨就作為了氫的載體進行儲運。液氨有直接下游使用方向—燃料、化工原料，液氨也可以在到達特定使用地點之后通過脫氫劑再還原成氫氣，供給使用。如上節(jié)“液氫”所述，氫氣直接液化需要冷卻深冷至-253°C以下，為了解決這一點，液氨方法得以被關(guān)注氨作為一種含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到17.6％的富氫物質(zhì)，僅需常溫加壓（0.86MPa）或常壓低溫（240K開爾文）即可液化，其儲存條件緩和于液氫，與丙烷類似，可直接利用丙烷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低了設(shè)備投入；液氨儲氫中體積儲氫密度高于液氫約1.7倍，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。并且后續(xù)在脫氫過程中，液氨在常壓、400°C條件下即可得到氫氣，能耗水平低。根據(jù)中石油安環(huán)院發(fā)表的名為《氨能應(yīng)用現(xiàn)狀與前景》的論文測算，100

km內(nèi)液氨的儲運成本為150元/噸，500

km內(nèi)液氨的儲運成本為350元/噸，僅為液氫儲運成本的1.7%存在腐蝕性、有強烈氣味、有毒性，易揮發(fā)，因此其對燃料電池也有毒性，部分未被分解的液氨混入氫氣中，也會造成燃料電池的嚴(yán)重惡化。所以，這點限制了液氨儲氫的適用范圍主要在于提升液氨的后續(xù)脫氫純度傳統(tǒng)上，氨總是與化肥聯(lián)系在一起，是常見的一種化學(xué)肥料，也廣泛應(yīng)用于化工、制藥、制冷和食品等多個工業(yè)領(lǐng)域。目前全球80%以上的氨用于生產(chǎn)化肥，并且通過專用船舶運輸?shù)绞澜绺鞯亍，F(xiàn)在氨的更多功能被開發(fā)出來：氨是無碳燃料；氨與氫可以互相轉(zhuǎn)化；而綠氨×綠氫，還可大幅減少化石能源消耗，真正實現(xiàn)綠色低碳。綠氨聯(lián)動綠氫，可使每公斤氫氣利潤率接近50%，經(jīng)濟效益很明顯。從當(dāng)前日本、澳大利亞等多國布局來看，氨-氫運輸這一方式在大型氫出口項目領(lǐng)域具有優(yōu)勢—利用可再生能源發(fā)電電解水制氫后，通過“氫-氨-氫”流程完成“綠氫”儲存運輸氫以液態(tài)儲運液氨儲氫：H2

+

N2

→

NH3定義優(yōu)點局限性運輸情況技術(shù)突破重點方向?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運如氫同理，根據(jù)主要制取原料的碳足跡，合成氨也被定義分為了灰氨、藍氨和綠氨正如根據(jù)不同的原料和制取方法對氫進行了不同的分類一樣，根據(jù)主要原料氫氣的碳足跡，合成氨也分為了灰氨、藍氨和綠氨：灰氨(傳統(tǒng)制氨)藍氨綠氨3 H2 + N2 = 2 NH3藍氫綠氫灰氫定義定義定義以可再生能源為動力進行電解水制氫在灰氫的基礎(chǔ)上對工藝流程進行碳捕集與封存(CCS)以化石能源作為主要原料國際以天然氣作為主要原料國內(nèi)以煤炭作為主要原料?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運如氫同理，根據(jù)主要制取原料的碳足跡，合成氨也被定義分為了灰氨、藍氨和綠氨灰氨(傳統(tǒng)制氨)灰氨(傳統(tǒng)制氨)“灰氨”主要由天然氣蒸汽重整氫氣及空氣分離的氮氣，再通過傳統(tǒng)哈伯法(Haber-Bosch)進行合成，傳統(tǒng)的Haber-Bosch合成氨工藝包括使用蒸汽甲烷重整(SMR)生產(chǎn)氫氣，其占全球每年能耗的(1-2)%，導(dǎo)致每年約2.35億噸CO2排放，這些CO2排放中約80%源自氫的生產(chǎn)(通過能源密集型SMR工藝與空氣中的N2反應(yīng)生成氨)。傳統(tǒng)的Haber-Bosch工藝已經(jīng)沿用上百年了，已經(jīng)對環(huán)境的溫室效應(yīng)造成了很大的影響。傳統(tǒng)制氨法，國際上主要以天然氣為合成氨的主要生產(chǎn)原料。但中國的天然氣價格高昂且產(chǎn)量匱乏，對外依賴度較高，中國的合成氨工業(yè)主要以煤炭為主要生產(chǎn)原料，大概77%的合成氨來自于煤炭。而從碳排放的角度來講，每噸煤制合成氨釋放的碳排放也要高出每噸天然氣合成氨釋放的碳排放。煤氣化反應(yīng)會形成一氧化碳和氫氣為主的粗合成氣。合成氨行業(yè)做原料的氫氣幾乎都是化石原料生產(chǎn)的灰氫，一部分來自于煤氣化過程，另一部分來自于變換反應(yīng)。合成氨主要是用氫氣和氮氣作為合成原料，變換反應(yīng)仍然是碳排放的主要源頭藍氨工藝與灰氨基本相似，但會對工藝流程進行碳捕集與封存(CCS)。如果天然氣轉(zhuǎn)化過程中排放的二氧化碳能夠被捕集進而儲存住，那么生產(chǎn)的氨通常稱為“藍氨”藍氨綠氨以可再生能源為動力進行電解水制氫，再與氮通過熱催化或電催化等技術(shù)合成，即“以綠氫制備綠氨”。如果中國目前所有的合成氨都采用綠氫生產(chǎn)，每年碳排放量可以減少一億噸以上綠氨?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運目前綠氨主要有5條生產(chǎn)路徑，成熟路徑都是以綠氫為起點再配以哈伯-博施合成工藝(注：Air

空氣用于生產(chǎn)氨合成工藝所需的氮氣)路徑1-3 將可再生氫生產(chǎn)技術(shù)與哈伯-博施合成工藝相結(jié)合路徑4 將可再生氫技術(shù)與創(chuàng)新性合成工藝(非熱等離子體合成)相結(jié)合路徑5 (電化學(xué)合成氨)

不需要分離氫生產(chǎn)步驟?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運在哈伯-博施合成工藝之外，新出現(xiàn)了“非熱等離子體合成氨法”、“電化學(xué)合成氨”法路徑1為了將灰氨工廠轉(zhuǎn)變?yōu)榫G氨工廠，可以用3種電解器取代SMR裝置，從而使氨生產(chǎn)的二氧化碳排放量減少78%(這取決于電力行業(yè)的二氧化碳排放強度)。此外，使用當(dāng)前的電解技術(shù)將導(dǎo)致氫生產(chǎn)過程中的能量損失較大，但氨合成過程中的能量損失較小。與使用蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化天然氣生產(chǎn)灰氨相比，生產(chǎn)綠氨需要更多的能量，但這些能量是可再生的路徑2通過“太陽能直接制氫”(也稱為光電化學(xué)制氫)，這是一種不使用電解裝置直接從水中生產(chǎn)氫的工藝。這項技術(shù)利用光電化學(xué)電池，可以驅(qū)動水裂解氧化還原反應(yīng)。太陽能制氫過程中，使用聚光太陽能熱發(fā)電(使用反射鏡或透鏡匯聚陽光)(IEA，2017)、光伏(PV)電池(Bellini，2021)或光敏材料(Radowitz，2021)產(chǎn)生電能分解生物質(zhì)中的碳?xì)浠衔锓肿舆@種方法可通過不同的技術(shù)過程實現(xiàn)。暗發(fā)酵是一個厭氧過程(缺乏或不存在氧)，在此過程中使用細(xì)菌將生物質(zhì)分解為氫、二氧化碳和其他副產(chǎn)物。一個研究領(lǐng)域著眼于通過將暗發(fā)酵工藝與其他工藝和技術(shù)，如光發(fā)酵、產(chǎn)甲烷、微生物電解池和微生物燃料電池耦合來提高氫產(chǎn)量。通過生物質(zhì)熱氣化技術(shù)，木質(zhì)生物質(zhì)能夠被分解成氫、一氧化碳和二氧化碳，然后可以用膜分離等方法將氫從氣體混合物中分離出來。通過超臨界水氣化技術(shù)，高濕生物質(zhì)原料，如有機廢棄物和污水污泥可以被

“氣化”，形成氫和甲烷。其中甲烷可以在接下來的重整步驟中轉(zhuǎn)化為氫。熱氣化已經(jīng)投入商用，但規(guī)模不大。超臨界水氣化還沒有經(jīng)過市場檢驗路徑3路徑4哈伯-博施法的替代方法是非熱等離子體合成。這種合成工藝也處于研究和開發(fā)階段，在低溫(約50℃)和低壓(約1bar)下運行，不使用化石燃料，資金成本低，適用于小規(guī)模氨生產(chǎn)。然而開發(fā)這項技術(shù)面臨3個方面挑戰(zhàn)：氮的固定、逆反應(yīng)和提高轉(zhuǎn)換和能源效率。弗吉尼亞大學(xué)研究公司開發(fā)的一項等離子體技術(shù)可以通過等離子體激發(fā)的方式將可再生能源電力、水和空氣轉(zhuǎn)化為氨。這一技術(shù)利用微波等離子體工藝激活氮和氫，產(chǎn)生離子和自由基，催化反應(yīng)后形成氨。該工藝也可以在低溫和低壓下進行，并且操作靈活路徑5電化學(xué)合成氨是一種不需要分離工藝的綠氨生產(chǎn)路徑。這項技術(shù)仍處于研究和開發(fā)階段，利用電化學(xué)電池從氮氣、水和電力中生產(chǎn)氨。將電壓施加到電池的電極上，釋放出的離子通過分離膜和電解質(zhì)到達帶相反電荷的電極。化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，水被分解成氧氣和氫氣，氫氣與氮氣反應(yīng)形成氨；或者氫離子(H+)被轉(zhuǎn)移到氮氣中形成氨，而無需先形成氫分子(H2)與哈伯-博施法相比，電化學(xué)合成氨有以下優(yōu)勢：能源效率(LHV)較高；選擇率較高(減少了凈化需求)；溫度和壓力較低；以及模塊化。不過電化學(xué)合成法也存在氨生產(chǎn)率低和膜不穩(wěn)定的問題電解水制氫→哈伯-博施合成工藝太陽能直接制氫→哈伯-博施合成工藝生物質(zhì)制氫→哈伯-博施合成工藝非熱等離子體合成氨電化學(xué)合成氨?2023.7Sixsigma

Research可再生能源電力電量的波動性，難以適配傳統(tǒng)合成氨生產(chǎn)過程對平穩(wěn)性的要求，大規(guī)?？稍偕茉措娊馑茪浜铣砂钡脑O(shè)計與運行依然存在諸多挑戰(zhàn)，亟需在①合成氨工藝柔性優(yōu)化與調(diào)控、②大規(guī)模電解水制氫平穩(wěn)運行、③制氫負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)控和全系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性等方面展開研究，以突破適應(yīng)可再生能源波動特性的大規(guī)模電解水制氫合成氨系統(tǒng)的集成與調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)。大規(guī)模可再生能源電解水制氫合成氨的設(shè)計、控制與運營涉及電氣工程、化學(xué)工程、能源動力等學(xué)科之間的交叉柔性制氨，未來需主要突破的技術(shù)包括：氫以液態(tài)儲運可再生能源電力電量的波動性，呼喚“柔性制氨”技術(shù)的進一步發(fā)展和細(xì)化可再生能源波動條件下的合成氨工藝流程優(yōu)化和柔性調(diào)控技術(shù)“電–熱–質(zhì)”耦合的大規(guī)模電解水制氫系統(tǒng)的模塊化集成和集群動態(tài)控制技術(shù)可再生能源波動性與化工多穩(wěn)態(tài)特性的“源—網(wǎng)—氫—氨”的全系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù)等?2023.7Sixsigma

Research甲醇儲氫技術(shù)，是指將氫氣H2與二氧化碳CO2/一氧化碳CO在特定的反應(yīng)條件下反應(yīng)生成液態(tài)甲醇，甲醇就作為了氫的載體進行儲運。液氨有直接下游使用方向—燃料、化工原料，液氨也可以在到達特定使用地點之后再分解出氫氣，供給使用。如上節(jié)“氨儲氫”所述，液氨具有腐蝕性、有強烈氣味、有毒性，易揮發(fā)，不適合對接用于燃料電池，為了解決這一點，甲醇方法也被產(chǎn)業(yè)開始采用1個CH3OH分子中含有4個H，CH3OH是含氫量最高的碳?xì)浠衔铮?kg甲醇可產(chǎn)生0.125kg氫氣。甲醇儲氫密度高，理論質(zhì)量儲氫密度高達12.5wt%。甲醇分子沒有C-C鍵，在反應(yīng)過程中催化劑上會產(chǎn)生較少的焦炭。甲醇的儲存條件為常溫常壓，且沒有刺激性氣味，存儲條件進一步緩和于液氨。甲醇在常溫常壓下即為液態(tài)，儲運無需低溫或加壓，同等體積下攜帶能量是35MPa高壓儲氫的4倍甲醇需突破點在于二氧化碳CO2單程轉(zhuǎn)化率和甲醇產(chǎn)率較低，導(dǎo)致目前的經(jīng)濟性較低2開發(fā)同時滿足二氧化碳CO

單程高轉(zhuǎn)化率(>20%)和高甲醇選擇性(>90%)的催化劑，改善催化劑壽命全球范圍來看，CO2加氫合成甲醇已有不少成功案例：歐洲2012年已經(jīng)建成了當(dāng)時全球最大的CO2基甲醇制造廠(年產(chǎn)4000噸甲醇/消耗5600噸CO2/利用地?zé)犭姀S電解水制氫)日本2021年建成日產(chǎn)20噸的碳回收甲醇合成裝置氫以液態(tài)儲運甲醇儲氫：H2

+

CO2/CO

→

CH3OH定義優(yōu)點局限性運輸情況技術(shù)突破重點方向?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運伴隨甲醇儲氫的發(fā)展，甲醇制備行業(yè)也正在快速從“傳統(tǒng)甲醇”向“綠色甲醇”進化傳統(tǒng)甲醇灰氫

藍氫綠氫CH3OHCH3OH綠色甲醇“液態(tài)陽光”第一代第二代第三代第四代第五代煤制甲醇煤氣或頁巖氣制甲醇以極低排放或零排放技術(shù)用煤或氣制甲醇生物質(zhì)制甲醇以空氣中的CO2和水通過人工光合作用合成甲醇現(xiàn)狀是甲醇的制取正從第二代向第三代過渡。在天然氣暫時還無法被完全替代的實際情況下，大幅降低生產(chǎn)甲醇帶來的碳排放，成為現(xiàn)今退而求其次的研究方向最早由中國科學(xué)院液態(tài)陽光研究組提出，并于2018年9月在國際雜志《焦耳》上公開發(fā)表，得到了國際學(xué)術(shù)界和同行的一致認(rèn)可水經(jīng)太陽光光解制氫空氣中的二氧化碳再加氫合成得到“液態(tài)陽光”綠色甲醇?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運不斷尋找液儲介質(zhì)過程，本身就是在密度效率、安全性、反應(yīng)條件寬泛性之間不斷優(yōu)化液氫液氨甲醇深冷降溫

(-253℃)常溫加壓

(0.86MPa)常壓降溫(-33.34℃)無需加壓或降溫常溫常壓，即為液態(tài)自身密度氣氫標(biāo)準(zhǔn)情況/常溫常壓 常溫加壓

(70MPa)0.089kg/m3 40kg/m370.6kg/m3617kg/m3富氫物質(zhì)792kg/m3含氫量最高的碳?xì)浠衔矬w積儲氫密度含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)勢大大提高氫氣的純度，在液態(tài)溫度下，氫中的大部分有害雜質(zhì)被去除凈化，

可得到純度>99.9999%

的超純氫氣，

即可滿足下游氫燃料電池的應(yīng)用要求標(biāo)準(zhǔn)液氫體積密度更高，儲罐更輕，在航天/航海/航空/軌道等交通領(lǐng)域比壓縮氫氣都更有優(yōu)勢???108kg/m317.7%和液氫相比，液化條件進一步放寬氨與丙烷類似，可直接利用丙烷的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低了設(shè)備投入總成本對運輸距離不敏感，所以非常適合氫的長距離、大規(guī)模運輸???99kg/m312.5%和液氨相比，甲醇沒有刺激性氣味，使用范圍進一步放寬甲醇分子沒有C-C鍵，在反應(yīng)過程中催化劑上會產(chǎn)生較少的焦炭總成本對運輸距離不敏感，所以非常適合氫的長距離、大規(guī)模運輸局限性由于氫氣的液化臨界溫度極低(-253°C)、沸點低(20.3K)、潛熱低、易蒸發(fā)，與常溫環(huán)境溫差極大，這就對液氫儲存容器的隔溫絕熱性要求很高布署于住宅等人員密集區(qū)對燃料電池也有毒性，部分未被分解的液氨混入氫氣中會造成燃料電池的嚴(yán)重惡化氨氣/液氨主要存在腐蝕性、有強

?烈氣味、有毒性，易揮發(fā)，不宜甲醇高度易燃，不宜距離人員密集區(qū)過近需要進行多次的能源形態(tài)轉(zhuǎn)化耗能，故而總成本對電價敏感未來技術(shù)突破方向/IV型、V型瓶液化技術(shù)設(shè)備隔溫絕熱儲罐提升液氨的后續(xù)脫氫純度開發(fā)同時滿足CO2單程高轉(zhuǎn)化率

(>20%)

和高甲醇選擇性(>90%)的催化劑，改善催化劑壽命?2023.7Sixsigma

Research液氨載氫【液氨槽車】甲醇載氫【甲醇罐車】異：步驟成本占比步驟成本占比液氨可運至在加氫站內(nèi)進行裂解制氫與液氨載氫不同的是甲醇載氫的甲醇裂解環(huán)節(jié)所需設(shè)備占地面積較大，不適宜加氫站內(nèi)裂解，因此甲醇載氫場景設(shè)定為在甲醇長距離運輸至用氫地的甲醇裂解工廠（母站）進行統(tǒng)一制氫，再由氣氫拖車運輸至周邊各個加氫站（短距離運輸氣氫拖車更為經(jīng)濟(1)氫合成液氨33%(1)氫合成甲醇13%(2)液氨運輸5%(2)甲醇運輸10%(3)至加氫站內(nèi)，液氨裂解還原出氫62%(3)在配套工廠，甲醇裂解還原出氫34%(4)氣氫提純18%(5)高純度氣氫壓縮8%(6)氣氫運輸至各加氫站17%合計100%合計100%同：因氨有強烈刺激性氣味/有毒性/易揮發(fā)、甲醇則高度易燃，同屬于危化品，都并不適合距離人群密集區(qū)太近這兩種載氫方式均需要進行多次的能源形態(tài)轉(zhuǎn)化耗能，故而總成本對電價敏感，但總成本對運輸距離不敏感，所以均適合氫的長距離大規(guī)模運輸氫以液態(tài)儲運液氨/甲醇載氫均需裂解脫氫，經(jīng)過多次狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能，均可直接用于化工原料等用途?2023.7Sixsigma

Research中國作為氨、甲醇的世界最大生產(chǎn)消耗國，在“氫氨醇聯(lián)動”方面正在積極發(fā)力，力爭在國際能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新前沿占據(jù)一席之地。2022年，國家能源局提出，積極探索綠氫、甲醇、氨能等替代化石能源的新方式、新途徑。已有國內(nèi)企業(yè)深度投身于“氫氨醇聯(lián)動”的項目建設(shè)，截至目前我國規(guī)劃在建的綠氨/綠醇項目已接近50個，其中有國家能源集團、國電投、中國能建等國家隊的身影，也有中國天楹、遠景科技集團等民企加入鑒于西部、東北部分地區(qū)優(yōu)越的風(fēng)、光、水資源稟賦，

秉持貫徹“綠氫消納綠電，綠氨/綠醇消納綠氫”，

打通“綠電—綠氫—綠氨/綠醇”一體化產(chǎn)業(yè)鏈氫以液態(tài)儲運我國同時是氨和甲醇的世界最大生產(chǎn)國和消耗國，已經(jīng)開始大力提升綠氨、綠醇的比重風(fēng)力資源稟賦水力資源稟賦光照資源稟賦綠電綠氫綠氨/綠醇柔性電解耦合綠氫消納綠電，

綠氨/

綠醇消納綠氫我國是世界最大的氨、甲醇消耗國?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運我國已在風(fēng)光資源豐沛地區(qū)投建布局“綠電-綠氫-綠氨綠醇”項目，2-3年后陸續(xù)投產(chǎn)地點投資公司規(guī)模綠電綠氫綠氨綠醇內(nèi)蒙古巴彥淖爾國家能源集團年產(chǎn)約30萬噸綠氨√√√內(nèi)蒙古鄂爾多斯中國氫能、盈德年產(chǎn)約5萬噸綠氨√√內(nèi)蒙古錫林郭勒盟北京能源國際控股年產(chǎn)約60萬噸綠氨√√內(nèi)蒙古包頭年產(chǎn)約10萬噸綠氨√√內(nèi)蒙古赤峰內(nèi)蒙古深豐綠氨化工有限公司年產(chǎn)約15萬噸綠氫合成綠氨√√√內(nèi)蒙古巴彥淖爾巴彥淖爾市烏拉特后旗綠氨技術(shù)有限公司年產(chǎn)約30萬噸綠氫合成氨√√寧夏寧夏寶豐能源集團股份有限公司年產(chǎn)約10萬噸合成氨√√√甘肅玉門(酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地)中能建√√吉林松原中能建年產(chǎn)約60萬噸綠氨/綠醇√√√吉林大安國家電投年產(chǎn)約18萬噸合成氨√√√內(nèi)蒙古興安盟年產(chǎn)約50萬噸綠醇√√√巴西國富氫能√√√內(nèi)蒙古通遼年產(chǎn)約30萬噸綠氨√√√內(nèi)蒙古赤峰遠景能源、赤峰國資委√√摩洛哥南部大區(qū)中國能建年產(chǎn)約140萬噸綠氨√√√?2023.7Sixsigma

Research有機液體儲氫技術(shù)LOHC

(Liquid

Organic

Hydrogen

carriers)，是指對不飽和液體有機物(如：甲烷TOL等芳香族有機化合物)在催化劑作用下進行加氫反應(yīng)，形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)乙烷MCH等飽和環(huán)狀化合物，生成穩(wěn)定化合物，從而可在常溫常壓下液態(tài)儲運，當(dāng)需要氫氣時再在使用地點在催化劑作用下通過脫氫反應(yīng)提取出所需量的氫氣液態(tài)有機物儲氫有望成為氫儲運環(huán)節(jié)最有希望取得大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)之一，這是因為加氫后的有機氫化物的穩(wěn)定性、安全性大大提高。LOHC儲氫方法可能是諸多儲氫方式中穩(wěn)定性最高、日常維護量最小、長周期儲存成本最低的一種方式，也能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源、電網(wǎng)、大型發(fā)電和分布式發(fā)電、氫氣加注市場等不同領(lǐng)域的交互應(yīng)用，更適合大規(guī)模、長時間的儲存，更為靈活氫氣純度不高，可能發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)氣體；反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催化劑易被中間產(chǎn)物毒化；液氫儲存壓縮能耗過大，需配備相應(yīng)的加氫、脫氫設(shè)備有效改善脫氫技術(shù)復(fù)雜、脫氫能耗大和脫氫催化劑技術(shù)，提高低溫下有機液體儲氫介質(zhì)的脫氫速率與效率、催化劑反應(yīng)性能，改善反應(yīng)條件、降低脫氫成本及操作難度液態(tài)有機物儲氫可以直接實現(xiàn)常溫常壓液態(tài)儲存及運輸，過程中安全高效，安全監(jiān)管部門和公眾對液態(tài)有機物儲氫LOHC方法的憂慮相比低溫液氫和高壓氣氫要小得多。液體有機氫(LOHC)運輸，可依托已有的油品儲運設(shè)施，例如：輸油管道、儲罐、接卸設(shè)施、槽車、火車罐車、油船等油品儲運設(shè)施。LOHC輸氫，是除了利用管道運輸?shù)牧硪粚崿F(xiàn)大宗氫儲運的方式。LOHC可以走輸油管道、火車鐵路、罐車公路以及船運氫以液態(tài)儲運有機液態(tài)儲氫技術(shù)LOHC—安全性高、成本較低難以被忽視，未來較具潛力定義優(yōu)點局限性運輸情況技術(shù)突破重點方向?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運有機液態(tài)儲氫技術(shù)LOHC的主流儲氫介質(zhì)種類

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德、日、國內(nèi)分別選擇了其一發(fā)展儲氫介質(zhì)化學(xué)組成常溫狀態(tài)熔點/°C /°C /% /(kg*m3) /°C脫氫產(chǎn)物化學(xué)組成常溫狀態(tài)環(huán)己烷C6H12液態(tài)6.580.747.255.9300-320苯C6H6液態(tài)甲基環(huán)己烷C7H14液態(tài)-126.6100.96.247.4300-350甲苯C7H8液態(tài)沸點質(zhì)量儲氫體積儲氫脫氫溫度產(chǎn)物產(chǎn)物十氫(化)萘C10H18液態(tài)-30.4反式185.57.365.4320-340萘C10H8固態(tài)十二氫咔唑C12H21N固態(tài)766.7150-170咔唑C12H9N固態(tài)十二氫乙基咔唑C14H25N液態(tài)-84.5TG5.8170-200乙基咔唑C14H13N固態(tài)十八氫二芐基甲苯C21H19N液態(tài)-343956.257260-310二芐基甲苯C21H11N液態(tài)八氫1，2-二甲基吲哚C10H19N液態(tài)<-15>260.55.76170-2001，2-二甲基吲哚C10H11N固態(tài)傳統(tǒng)介質(zhì)新型介質(zhì)國內(nèi)武漢氫陽能源N-乙基咔唑、二甲基吲哚等甲基環(huán)己烷二芐基甲苯?2023.7Sixsigma

Research氫以液態(tài)儲運德、日兩國走在有機液態(tài)儲氫LOHC路線規(guī)?；a(chǎn)的前沿日本千代田化工德國HT公司圖源：德國HT公司官網(wǎng)圖源：日本千代田化工官網(wǎng)LOHC技術(shù)在日本研究了約20年時間，在日本也有一定的示范應(yīng)用。日本考慮應(yīng)用該儲氫技術(shù)作為海上運氫的有效方法，研制MCH脫氫反應(yīng)膜催化反應(yīng)器，以解決脫氫催化劑失活和低溫轉(zhuǎn)化率低的問題2017年在日本新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NEDO)的指導(dǎo)下，千代田、三菱商事、三井物產(chǎn)、日本郵船4家公司聯(lián)合成立了先進氫能源產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)協(xié)會(AHEAD)，利用甲基環(huán)己烷儲氫，于2020年實現(xiàn)了全球首次遠洋氫運輸，于2022年初實現(xiàn)了有機液態(tài)儲氫示范，從文萊海運至日本川崎，年供給規(guī)模將達到210噸。自2019年12月啟動以來，項目進展順利歐洲已經(jīng)開始了使用LOHC

的氫能示范工程，

包括使用LOHC作為氫源的加氫站，裝載LOHC作為氫源的氫能船舶和鐵路機車。在移動設(shè)備上裝載LOHC而不是氫氣罐，大大提高了移動設(shè)備的安全性HT公司成立于2013年，一直致力于LOHC技術(shù)的研發(fā)推廣。在德國Dormagen化學(xué)園區(qū)建有世界上最大的LOHC工廠。HT公司主要研究方向為二芐基甲苯，該介質(zhì)具有不易燃不易爆性。公司總部用PEM電解槽制氫后，可用標(biāo)準(zhǔn)油罐車進行氫氣運輸。LOHC技術(shù)的阻燃和非爆炸特性，液體載體的安全優(yōu)勢加上高能量密度，可在人口稠密的城市地區(qū)為加氫站輕松且安全的供應(yīng)氫氣。H2Sektor項目為大型加氫站奠定了基礎(chǔ)。埃朗根加氫站成為了綠氫跨區(qū)域供應(yīng)鏈的一部分。該項目已獲巴伐利亞州的補貼?2023.7Sixsigma

Research氫以固態(tài)儲運氫以固態(tài)儲運氫以固態(tài)儲存按照原理、材料分類物理吸附化學(xué)反應(yīng)吸收優(yōu)勢：材料本身密度低在特定條件下對氫氣具有良好的、可逆的熱力學(xué)吸附、脫附能力低溫下，儲氫性能好固態(tài)儲氫材料(穩(wěn)定安全性優(yōu)于氣態(tài)液態(tài))(不涉及化學(xué)反應(yīng)，氫被吸附在材料的微孔、骨架或管結(jié)構(gòu)上，依靠氫分子與儲氫材料間較弱的范德華力進行儲氫)(有化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，氫被存儲在金屬氫化物等固態(tài)儲氫材料的合金晶格中)缺陷：常溫或高溫下，儲氫性能較差優(yōu)勢:儲氫體積密度(體積儲氫率)

高可逆循環(huán)性好能效高，成本低缺陷：放氫溫度高，放氫需要消耗大量熱，對熱交換的要求高質(zhì)量效率尚低，尚不能滿足在氫燃料電池汽車上的應(yīng)用沸石金屬有機框架MOFs無機多孔材料碳基多孔材料配位氫化物氫氣水合物金屬基儲氫合金稀土系占比高達90%?2023.6Sixsigma