“氫的體積能量密度最低，因為很輕，將其作為能源載體的最難點是氫的儲運。”中國工程院院院士衣寶廉稱。

“氫能利用的經濟性問題是能夠解決的，關鍵是運氫環(huán)節(jié)如何降低成本。”中國工程院院士干勇表示。

“我國擁有豐富的氫源基礎，制氫技術完全可支撐氫能中遠期發(fā)展，但包括儲存與輸送設施在內的氫能基礎設施發(fā)展滯后，且現(xiàn)有方式的儲運成本和碳排放對運輸距離、供應量較為敏感，亟待開展大規(guī)模制氫、儲氫和輸配工程示范。”中國工程院院士彭蘇萍說。

在近日中國石化（600028，股吧）舉辦的氫能發(fā)展戰(zhàn)略研討會上，多位專家一致認為，“儲運”環(huán)節(jié)已成為氫能商業(yè)化應用亟待突破的“瓶頸”。

現(xiàn)行儲運方式皆有短板

有預測顯示，到2050年，氫能將在我國終端能源體系占比10%，對應用量在1億噸左右。隨著制氫技術不斷成熟，未來供應不再是問題。相比之下，如何把分散的氫氣安全高效配送至應用端仍有待突破。

北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利說，按照政策要求，制氫和加氫環(huán)節(jié)必須嚴格分離。現(xiàn)階段，我國暫不允許在加氫站內直接制氫，儲運是必經環(huán)節(jié)。“氫氣的儲存和運輸不分家，前一步怎么儲，決定后一步怎么運。”

記者了解到，氫氣具有燃點低、爆炸區(qū)間范圍寬及擴散系數(shù)大等特性，長期被作為危化品進行管理。目前，儲運主要分為氣態(tài)、液態(tài)及固體三種形式。

從技術成熟度來看，高壓氣態(tài)儲氫最為常用。與之對應的運輸方式，包括長管拖車和管道兩種。“我國已有加氫站也是普遍采用這種方式，在常溫下可快速充放氫，但一個致命弱點，就是儲氫量低。此外，這種方式對高壓儲氫瓶技術要求高，可能存在安全隱患。”北京海德利森科技有限公司總經理鞏寧峰稱。

另外兩種方式同樣各有利弊。據(jù)鞏寧峰介紹，低溫液態(tài)儲氫是全球研發(fā)重點，具有儲氫密度高等特點，可減少車輛運輸頻次、提高加氫站單站供應能量。但在我國，受到法規(guī)標準所限，該方式目前僅用于航天服務，尚無民用液氫輸送案例。

固體儲氫則是以金屬氧化物、納米材料等作為載體，通過化學和物理吸附的方式實現(xiàn)存儲，作為運氫裝置也具備較大潛力。“該方式能有效克服氣態(tài)、液態(tài)儲運的不足，但仍處于攻克階段，對儲氫材料、儲罐結構等有著很高要求。”鞏寧峰稱。

經濟性是最大瓶頸

“目前，主流儲運方式還難以實現(xiàn)長距離、大規(guī)模的經濟運輸，要實現(xiàn)明顯的降成本目標也非易事。”何廣利進一步表示，除技術層面各有制約，經濟性是不同方式面臨的共同難題。

鞏寧峰舉例稱，表面上看，低溫液體方式讓儲運變得簡單，可解決長距離、大規(guī)模運輸難題，但要把氣態(tài)的氫變?yōu)橐簯B(tài)，每液化1千克氫氣將消耗4-10千瓦時電量，在現(xiàn)有條件下轉化成本偏高。為保證穩(wěn)定儲存，該方式還需配備特殊容器，滿足抗凍、抗壓、嚴格絕熱等要求。容器制造難度大，導致成本高昂。再如，近期備受追捧的有機液體儲氫，與石油產品儲存方式相似，具備安全穩(wěn)定、載氫量大等優(yōu)勢。但因技術操作條件苛刻、裝置配備要求較高，儲運費用依然下不來。

“運輸環(huán)節(jié)省錢了，制造液氫的代價卻比較高。液氫有其優(yōu)勢，但也要看到綜合成本并不算低。”國際氫能協(xié)會副主席、清華大學教授毛宗強表示，未來，氫能應用技術、安全性能等方面不存在大的問題，影響儲運環(huán)節(jié)的最大瓶頸就是經濟性。

受此影響，我國目前的氫能示范應用主要圍繞工業(yè)副產氫和可再生能源制氫產地附近布局，運輸半徑小于200公里，儲運以高壓氣態(tài)方式為主。“在200公里范圍以內，采用魚雷車每天運送10噸氫氣，包括壓縮、設備折舊等費用在內，每千克運氫成本在2-3元，相對較低。”衣寶廉稱。

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書（2019年版）》（下稱《白皮書》），長管拖車、固體儲運成本可觀，經濟距離卻不超過150公里；液態(tài)儲運經濟距離大于200公里，成本在所有方式中最高；管道運輸成本最低，經濟距離超過500公里。“管道輸氫量大、能耗小，但建設管道一次性投資大。”《白皮書》稱，相比歐洲已有1598公里輸氫管道，我國目前僅有管道約100公里。

拓展更多儲運思路

在何廣利看來，實現(xiàn)經濟儲運的大前提是提升應用規(guī)模。“氫能絕不單單供給燃料汽車使用，僅針對一兩個加氫站的流量，固定投資肯定下不來。反過來，規(guī)模上來了，才能分攤基礎設施等投入，讓儲運環(huán)節(jié)具備降成本的基礎。”

同時，不同儲運方式各有應用場景。何廣利稱，結合用能需求、供應網絡、技術發(fā)展等形勢，未來不會局限于某一特定模式，而將形成一個綜合供氫網絡，不同路線對應的儲運方式不同，成本也有差別。“至少目前，沒有哪種方式占了絕對優(yōu)勢，或者說以后一定要走哪條路。關鍵是從全生命周期進行考評，找準真正適用的儲運路線。”

《白皮書》預測，氫能儲運將按“低壓到高壓”“氣態(tài)到多相態(tài)”的方向發(fā)展。以2036-2050年遠期發(fā)展來看，高密度、高安全儲氫將成為現(xiàn)實，屆時建成完備的氫能管網，并出臺固態(tài)、有機液態(tài)等儲運標準及管道輸配標準作為配套。

結合實際，衣寶廉提出利用天然氣管網長距離輸氫的思路，利用已有管網，把氫和天然氣一起運到各地。在有需要的地方，采用管道里的天然氣制氫，再根據(jù)用戶需求進行凈化。“建議盡快明確用天然氣管網輸氫的標準規(guī)范。弄清楚加入氫之后，輸氣管網可能發(fā)生哪些變化、有何影響。”

中國工程院院士倪維斗認為，甲醇是一個很好的載氫體，可借此形成氫能供應及輸配網絡，用作氫能經濟的基礎。“長距離輸送甲醇再重整制氫，比直接輸氫更有優(yōu)點。因為甲醇在常溫常壓下是液體，用同樣的管道輸送比輸氫的能量總量大1000倍，還可避免輸氫易爆炸、易漏氣等安全問題。”

何廣利也稱，不同于一次能源，在哪里發(fā)現(xiàn)、就從哪里運出，氫能作為二次能源，只有原料地，而沒有儲藏地一說，實際給儲運帶來更多選擇。“到底是在原料地制取、運輸，還是把原料運出后制取，或制成某種中間體，再運出、制取？就好像直接輸電還是先運煤再發(fā)電，不同方式將帶來完全不一樣的效果。但目前，討論更多局限在‘先制氫再運輸’，對此還要進一步科學論證。”

本文來自中國能源報