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      隨著氫能多元化儲(chǔ)運(yùn)體系的建設(shè)推進(jìn)，固態(tài)儲(chǔ)氫成為氫能企業(yè)研發(fā)布局的一大熱點(diǎn)。

      近日，氫儲(chǔ)能源在河南新鄉(xiāng)高新區(qū)鎂合金高密度儲(chǔ)氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的全球首條生產(chǎn)線建成投產(chǎn)測(cè)試；有研工研院先后與鴻達(dá)興業(yè)、圣元環(huán)保達(dá)成合作協(xié)議，針對(duì)固態(tài)儲(chǔ)氫的研究與應(yīng)用展開(kāi)示范運(yùn)行及平臺(tái)建設(shè)等工作；科新機(jī)電、安泰創(chuàng)明將共建“以固態(tài)儲(chǔ)氫材料為儲(chǔ)氫媒介的低壓/高壓儲(chǔ)氫裝置及氫儲(chǔ)（放）運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；新氫動(dòng)力、九號(hào)公司、永安行等也已推出應(yīng)用固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能叉車(chē)、兩輪車(chē)。

      企業(yè)入局固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域的意愿強(qiáng)烈，引發(fā)行業(yè)關(guān)注。當(dāng)前固態(tài)儲(chǔ)氫發(fā)展進(jìn)程如何？未來(lái)市場(chǎng)前景怎樣？

      固態(tài)儲(chǔ)氫“升溫”

      在氫能制取、氫能儲(chǔ)運(yùn)、氫能應(yīng)用三大環(huán)節(jié)中，儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)是高效利用氫能的關(guān)鍵，也是影響氫能向大規(guī)模方向發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。目前主要的氫儲(chǔ)運(yùn)方式分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、固體材料儲(chǔ)氫及有機(jī)液體儲(chǔ)氫四種。

      固態(tài)儲(chǔ)氫既可以大幅提高體積儲(chǔ)氫密度，又可以提高儲(chǔ)運(yùn)氫的安全性，可解決人們最關(guān)心的氫能高密度儲(chǔ)存和安全應(yīng)用這兩個(gè)問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)快速推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)下，吸引多家企業(yè)入局：

      備注：根據(jù)公開(kāi)信息整理，存在遺漏可能

      從實(shí)現(xiàn)方式來(lái)看，固態(tài)儲(chǔ)氫主要分為物理吸附和化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫。前者通過(guò)活性炭、碳納米管、碳納米纖維碳基材料進(jìn)行物理性質(zhì)的吸附氫氣，以及金屬有機(jī)框架物（MOFs）、共價(jià)有機(jī)骨架（COFs）這種具有微孔網(wǎng)格的材料捕捉儲(chǔ)存氫氣。

      而化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫利用金屬氫化物儲(chǔ)氫。氫氣先在其表面催化分解為氫原子，氫原子再擴(kuò)散進(jìn)入到材料晶格內(nèi)部空隙中，以原子狀態(tài)儲(chǔ)存于金屬結(jié)晶點(diǎn)內(nèi)，形成金屬氫化物，該反應(yīng)過(guò)程可逆，從而實(shí)現(xiàn)了氫氣的吸、放。

      當(dāng)前主要有鎂系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金、鑭鎳稀土系儲(chǔ)氫合金、鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金等。單位體積的金屬可以?xún)?chǔ)存常溫常壓下近千體積的氫氣，體積密度甚至優(yōu)于液氫，因此金屬儲(chǔ)氫成為熱門(mén)發(fā)展趨勢(shì)，上述入局企業(yè)也多數(shù)因此入局。

      以分子量較輕的金屬鎂作為基礎(chǔ)的鎂系合金儲(chǔ)氫為例，我國(guó)在鎂資源方面非常有優(yōu)勢(shì)，全球大概90%的鎂都是生產(chǎn)于中國(guó)，不存在材料被“卡脖子”的問(wèn)題。其體積儲(chǔ)氫密度可達(dá)106 kg /m3，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣密度的1191倍，70MPa高壓儲(chǔ)氫的2.7倍，液氫的1.5倍，并且對(duì)環(huán)境非常友好。

      從推進(jìn)主體來(lái)看，由于固態(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)門(mén)檻較高，資金需求巨大，決定了固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域的布局推進(jìn)多以企業(yè)與專(zhuān)注有色金屬研究的前沿院校、優(yōu)勢(shì)企業(yè)合作的形式展開(kāi)，通過(guò)形式成立技術(shù)攻關(guān)平臺(tái)、示范發(fā)展項(xiàng)目等形式搶占發(fā)展先機(jī)。

      其中由原北京有色金屬研究總院改制而來(lái)的有研科技集團(tuán)旗下的有研工研院成為固態(tài)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力推進(jìn)企業(yè)，已先后與圣元環(huán)保、氫楓能源、佳華利道、鴻達(dá)興業(yè)等氫能企業(yè)達(dá)成合作，加速固態(tài)儲(chǔ)氫關(guān)鍵技術(shù)突破和成果孵化轉(zhuǎn)化。

      從政策環(huán)境來(lái)看，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)路線的發(fā)展引導(dǎo)已引發(fā)重視。今年3月出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》提出了關(guān)于氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和安全管理的具體要求，致力于加快構(gòu)建安全、穩(wěn)定、高效的氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

      對(duì)此，國(guó)家發(fā)展改革委高技術(shù)司副司長(zhǎng)王翔解讀：穩(wěn)步構(gòu)建儲(chǔ)運(yùn)體系，支持開(kāi)展多種儲(chǔ)運(yùn)方式的探索和實(shí)踐，逐步構(gòu)建高密度、輕量化、低成本、多元化的氫能儲(chǔ)運(yùn)體系。除推進(jìn)高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、低溫液氫儲(chǔ)運(yùn)商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化外，還要推進(jìn)探索固態(tài)、深冷高壓、有機(jī)液體等儲(chǔ)運(yùn)方式應(yīng)用。

      今年4月，國(guó)家稀土功能材料創(chuàng)新中心在包頭市組織召開(kāi)了“稀土儲(chǔ)氫材料及應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)-固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及中試生產(chǎn)線建設(shè)”項(xiàng)目實(shí)施方案專(zhuān)家論證會(huì)；同在4月，科技部發(fā)布國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”等重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)2022年度項(xiàng)目申報(bào)指南，其中包括基于固態(tài)新材料的可逆儲(chǔ)放氫技術(shù)、中低壓氫氣管道固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)等固態(tài)儲(chǔ)氫相關(guān)項(xiàng)目。

      產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展及市場(chǎng)前景

      發(fā)展升溫背后，固態(tài)儲(chǔ)氫材料、儲(chǔ)氫系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的商機(jī)顯現(xiàn)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的固體儲(chǔ)氫材料及儲(chǔ)氫系統(tǒng)發(fā)展處于怎樣的水平？未來(lái)的發(fā)展方向怎樣？

      完整的儲(chǔ)氫系統(tǒng)單體，包括儲(chǔ)氫合金、外殼、閥門(mén)、配管管路、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其它附屬裝置。由一系列固態(tài)儲(chǔ)氫模塊按照一定設(shè)計(jì)固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)，包括固態(tài)儲(chǔ)氫模塊、箱體、監(jiān)測(cè)單元和其它附屬裝置。

      材料及關(guān)鍵部件方面，固態(tài)儲(chǔ)氫的工作壓力低，安全性能好，所以氫化物儲(chǔ)罐、閥門(mén)、配管管路等附屬裝置的研發(fā)生產(chǎn)難度較低，企業(yè)可以采用自行研發(fā)生產(chǎn)或采購(gòu)的形式實(shí)現(xiàn)配套；目前儲(chǔ)氫合金材料的研發(fā)和固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)控制集成仍是主要掣肘，且金屬氫化物儲(chǔ)氫存在多種技術(shù)路線，根據(jù)金屬的化學(xué)特性和應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，發(fā)展出了低成本、易推廣的鈦鐵材料固態(tài)儲(chǔ)氫，以及儲(chǔ)氫性能、充放性能優(yōu)越的鎂基材料固態(tài)儲(chǔ)氫等主要路線。

      “我們經(jīng)過(guò)多方面考量選取了AB?鈦基材料固態(tài)儲(chǔ)氫，在車(chē)用領(lǐng)域的成本上、系統(tǒng)集成上具備優(yōu)勢(shì)。”佳華利道技術(shù)總監(jiān)劉洋成表示，目前該公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4.5T固態(tài)儲(chǔ)氫燃料電池冷藏車(chē)已經(jīng)交付。

      技術(shù)發(fā)展方面，一方面是金屬氫化物儲(chǔ)氫材料的技術(shù)有待成熟，如重量?jī)?chǔ)氫率、可逆性等；另一方面，盡管儲(chǔ)氫合金本身的體積儲(chǔ)氫密度很高，但組成儲(chǔ)氫系統(tǒng)后的加熱和冷卻都是通過(guò)在儲(chǔ)氫罐內(nèi)部設(shè)置換熱管道實(shí)現(xiàn)，換熱管道中的介質(zhì)流經(jīng)不同位置的熱交換將影響儲(chǔ)氫合金的反應(yīng)速率，因此儲(chǔ)氫系統(tǒng)的對(duì)吸放氫溫度、吸放氫速度、吸放氫循環(huán)等的控制提出了較高的要求。如何優(yōu)化儲(chǔ)氫材料性能及儲(chǔ)氫系統(tǒng)的控制管理是入局企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)。

      應(yīng)用領(lǐng)域，固態(tài)儲(chǔ)氫整體處于研發(fā)示范的早期階段，近年國(guó)內(nèi)陸續(xù)有以固態(tài)儲(chǔ)氫為能源供應(yīng)的大巴車(chē)、卡車(chē)、冷藏車(chē)、備用電源等問(wèn)世。國(guó)內(nèi)以氫儲(chǔ)能源、鎂源動(dòng)力、安泰創(chuàng)明為代表的企業(yè)已建立起材料及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目產(chǎn)線，這三家的固態(tài)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)均采取鎂基材料固態(tài)儲(chǔ)氫路線。

      另值得一提的是，由于固態(tài)儲(chǔ)氫多采用金屬氫化物以及鋁合金氫罐，使得現(xiàn)有固態(tài)儲(chǔ)氫罐重量較大，當(dāng)前的終端應(yīng)用多集中在固定式儲(chǔ)氫應(yīng)用市場(chǎng)，以及對(duì)重量不敏感的小型移動(dòng)式應(yīng)用。

      “未來(lái)固態(tài)儲(chǔ)氫可能是將來(lái)非常大規(guī)模的儲(chǔ)能的方式，不僅可以作為建筑熱電聯(lián)供電源、微網(wǎng)的可靠電源與移動(dòng)基站的備用電源，可以安全地進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，也可以快速進(jìn)行調(diào)峰。移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，固態(tài)儲(chǔ)氫罐可以做為一種產(chǎn)品，供給售賣(mài)和補(bǔ)能替換。”業(yè)內(nèi)人士推斷。

      整體看來(lái)，固態(tài)儲(chǔ)氫高密度高安全的優(yōu)勢(shì)明顯，隨著氫能行業(yè)及企業(yè)對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注度加大，固態(tài)儲(chǔ)氫有望在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善技術(shù)，助推氫能行業(yè)多元化儲(chǔ)運(yùn)體系實(shí)現(xiàn)。

來(lái)源：微信公眾號(hào)“高工氫電” ID：weixin-gg-fcev 作者：趙賽楠