固態(tài)儲氫行業(yè)位于氫能產業(yè)鏈中游， 發(fā)展空間廣闊

• 柯壯賓 2024年5月27日 來源：互聯網 253 8
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我國氫能行業(yè)受限于氫氣在長距離領域應用的局限性、儲氫環(huán)節(jié)的安全性和經濟性、長距離儲運氫氣的可操作性，需要低損耗、靈活性強的存儲載體來支持儲氫行業(yè)的發(fā)展。當前，突破氫能行業(yè)“卡脖子”的關鍵在于提高儲氫效率和降低成本，相比氣態(tài)、液態(tài)儲氫，經濟、高效、安全

我國氫氣產量規(guī)模逐年擴大，但大量的氫氣只能用于短距離消納。根據中國氫能聯盟發(fā)布的數據，2023年全國氫能產量約3550萬噸，中國氫能聯盟預計到2050年，我國氫氣需求量將接近6000萬噸，產業(yè)鏈年產值達到12萬億元。根中研普華統(tǒng)計，2023年我國氫能資源呈現出“北多南少”的特征，且我國氫氣消費的最大應用依然集中在石油精煉、甲醇制取、合成氨等短距離消納領域，交通等需要較長距離的其他領域應用市場尚處于推廣階段，氫氣消費僅占比0.1%。

儲存環(huán)節(jié)關系氫能使用的安全性和經濟性，也是產業(yè)發(fā)展的瓶頸所在。國家能源局在2023年5月6日題為《著力破解綠氫輸送難題》中指出，氫能運輸網絡的建設是一項系統(tǒng)性工程，應根據市場需求特點，合理匹配各類儲運方式，逐步提高氫氣儲存和運輸能力，為構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，因此氫儲運難度較大。此外金屬材料在含氫介質中長期使用時，材料由于吸氫或氫滲而造成機械性能嚴重退化，易發(fā)生“氫脆”現象，因此還需注意儲氫材料及運氫環(huán)境，以保證氫氣在運輸過程中的安全性。基于氫能應用與氫能制取的區(qū)位差異，需要遠距離、大容量、低損耗的氫能儲運方式。氫氣儲運主要分為氣態(tài)儲運（高壓氣態(tài)儲運和管道運輸）、固態(tài)儲運車、液氫槽罐車三種方式，其中高壓氣態(tài)運輸成本隨著距離的增加而大幅上升，固態(tài)儲運車和液氫槽罐車的運輸成本對于距離本身不敏感，在加氫站建設不完備的情況下具有長距離運輸的成本優(yōu)勢。管道運輸的成本主要來自與輸送距離正相關的管材折舊及維護費用，在當前加氫站未全面普及的情況下，管道運氫受運輸半徑影響難以大面積鋪設。

當前氫氣成本過高的原因在于運輸環(huán)節(jié)成本占比過大，占到總成本的30-40%，提高儲氫效率和降低成本成為突破氫能行業(yè)“卡脖子”的關鍵。根據張軒等在《氫能供應鏈成本分析及建議》中的測算，以煤制氫、管道運輸形式的燃料電池車為例，當運輸距離突破200km時，氫能儲運在氫氣成本中的占比突破20%，并隨著運輸距離的增加而加速增長。

與氣態(tài)、液態(tài)儲氫相比，固態(tài)儲氫經濟、高效、安全，不需要價格昂貴的儲氫設備，運輸方便。目前主流的儲氫模式分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種，其中氣態(tài)儲氫通常通過壓縮氫氣至高壓罐中實現，是目前最常見的儲氫方式，但高壓儲存對容器的安全性和穩(wěn)定性要求較高，且運輸途中存在較大的損耗風險；液態(tài)儲氫通過冷卻氫氣至其沸點以下，使其轉變?yōu)橐簯B(tài)，這種方法適合大規(guī)模儲氫，但液態(tài)儲氫對于能耗和儲氫設備的要求均較高；固態(tài)儲氫通過吸附或化合物的形式將氫氣儲存在固態(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行，對能耗和設備的要求較低，運輸方便。

隨著固態(tài)儲氫技術的逐漸成熟，固態(tài)儲氫在儲氫密度和本征安全性能方面優(yōu)勢明顯，應用場景有望不斷拓寬。近年來鎂基、鈦鐵系、釩系固態(tài)儲氫技術日趨成熟，示范應用取得突破，部分行業(yè)頭部企業(yè)建成千噸級鎂基儲氫材料生產線，產業(yè)鏈上中下游合作加強，不斷拓寬固定式、移動式細分應用場景。

固態(tài)儲氫是指在一定溫度、壓力等條件下，利用固態(tài)儲氫材料實現可逆存儲與釋放氫氣的技術。固態(tài)儲氫主要分為物理吸附儲氫和化學儲氫兩種形式，具有體積儲氫密度高、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。

國家和地方為支持固態(tài)儲氫制定實施了相關標準政策，為國內市場的高質量發(fā)展提供了基礎和保障。自2010年以來，國家完善固態(tài)儲氫的技術標準，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氫系統(tǒng)》《鎂基氫化物固態(tài)儲運氫系統(tǒng)技術要求》，為固態(tài)儲氫提供了標準化體系，同時出臺政策文件《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》等支持了固態(tài)儲氫的長久發(fā)展。2022年以來，地方政府相應中央，基于中央政策，落實到具體省級、市級層面因地制宜制定地方政策，包括內蒙古發(fā)布《做好現代能源經濟這篇文章做大做強國家重要能源基地》、寧夏回族自治區(qū)發(fā)布《寧夏回族自治區(qū)氫能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，中央結合地方共同推動產業(yè)升級和可持續(xù)發(fā)展。

由于無需原料氣壓縮/液化設備投入，固態(tài)儲氫的運營成本相較高壓與液態(tài)兩種儲存方式具有明顯優(yōu)勢。根據氫儲科技的測算，在實現規(guī)模化運輸的條件下，當運輸半徑為100公里時，高壓氣氫的運營成本為7元/公斤，液氫為18元/公斤，鎂基固態(tài)儲氫為4元/公斤；當運輸半徑擴大到300公里，高壓氣氫的運營成本陡然上升，至21元/公斤，對比液氫20元/公斤，鎂基固態(tài)儲氫12元/公斤；當運輸距離擴大到500公里時，高壓氣氫的運營成本已經增加到35元/公斤，液氫增加到22元/公斤，鎂基固態(tài)儲氫上升至20元/公斤。

圖表：氣態(tài)/液態(tài)/固態(tài)儲氫運營成本對比

數據來源：中研普華產業(yè)研究院整理

此外，與其他固態(tài)儲氫材料相比，我國鎂基合金儲氫有望率先獲得規(guī)?；瘧谩ｆV基儲氫材料體系的質量儲氫密度通常為4-7.6w%，可以在常溫常壓下進行氫氣的存儲和運輸，典型的固態(tài)儲氫罐包括固態(tài)儲氫材料、殼體、氣體管道及過濾器、鰭片、金屬泡沫、加熱管等強化傳熱介質，預置空余空間等。此外，與其他固態(tài)儲氫材料如鎳、鈦、稀土相比，地球鎂元素儲量豐富，尤其我國鎂資源全球居首，鎂年產量占全球85%以上。其次，金屬鎂具有比重輕、阻尼性能優(yōu)、儲氫量大、電化學容量高等特點，與其他儲氫材料相比具有運輸方便、安全性高、儲氫量大、單次儲運效率高、存儲過程中無氫氣衰減的優(yōu)勢。我國目前的鎂基儲氫方案具有儲氫質量密度高、成本低、安全性強的特性，能夠匹配氫氣運輸、氫冶金、氫儲能、氫化工、分布式發(fā)電、氫內燃機交通工具等多元應用場景，相比其他儲氫材料具有更廣泛的應用空間。

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