“储运难”掣肘氢能大发展

“氢的体积能量密度最低，因为很轻，将其作为能源载体的最难点是氢的储运。”中国工程院院院士衣宝廉称。

“氢能利用的经济性问题是能够解决的，关键是运氢环节如何降低成本。”中国工程院院士干勇表示。

“我国拥有丰富的氢源基础，制氢技术完全可支撑氢能中远期发展，但包括储存与输送设施在内的氢能基础设施发展滞后，且现有方式的储运成本和碳排放对运输距离、供应量较为敏感，亟待开展大规模制氢、储氢和输配工程示范。”中国工程院院士彭苏萍说。

在近日中国石化举办的氢能发展战略研讨会上，多位专家一致认为，“储运”环节已成为氢能商业化应用亟待突破的“瓶颈”。

现行储运方式皆有短板

有预测显示，到2050年，氢能将在我国终端能源体系占比10%，对应用量在1亿吨左右。随着制氢技术不断成熟，未来供应不再是问题。相比之下，如何把分散的氢气安全高效配送至应用端仍有待突破。

北京低碳清洁能源研究院新能源中心助理主任何广利说，按照政策要求，制氢和加氢环节必须严格分离。现阶段，我国暂不允许在加氢站内直接制氢，储运是必经环节。“氢气的储存和运输不分家，前一步怎么储，决定后一步怎么运。”

记者了解到，氢气具有燃点低、爆炸区间范围宽及扩散系数大等特性，长期被作为危化品进行管理。目前，储运主要分为气态、液态及固体三种形式。

从技术成熟度来看，高压气态储氢最为常用。与之对应的运输方式，包括长管拖车和管道两种。“我国已有加氢站也是普遍采用这种方式，在常温下可快速充放氢，但一个致命弱点，就是储氢量低。此外，这种方式对高压储氢瓶技术要求高，可能存在安全隐患。”北京海德利森科技有限公司总经理巩宁峰称。

另外两种方式同样各有利弊。据巩宁峰介绍，低温液态储氢是全球研发重点，具有储氢密度高等特点，可减少车辆运输频次、提高加氢站单站供应能量。但在我国，受到法规标准所限，该方式目前仅用于航天服务，尚无民用液氢输送案例。

固体储氢则是以金属氧化物、纳米材料等作为载体，通过化学和物理吸附的方式实现存储，作为运氢装置也具备较大潜力。“该方式能有效克服气态、液态储运的不足，但仍处于攻克阶段，对储氢材料、储罐结构等有着很高要求。”巩宁峰称。

经济性是最大瓶颈

“目前，主流储运方式还难以实现长距离、大规模的经济运输，要实现明显的降成本目标也非易事。”何广利进一步表示，除技术层面各有制约，经济性是不同方式面临的共同难题。

巩宁峰举例称，表面上看，低温液体方式让储运变得简单，可解决长距离、大规模运输难题，但要把气态的氢变为液态，每液化1千克氢气将消耗4-10千瓦时电量，在现有条件下转化成本偏高。为保证稳定储存，该方式还需配备特殊容器，满足抗冻、抗压、严格绝热等要求。容器制造难度大，导致成本高昂。再如，近期备受追捧的有机液体储氢，与石油产品储存方式相似，具备安全稳定、载氢量大等优势。但因技术操作条件苛刻、装置配备要求较高，储运费用依然下不来。

“运输环节省钱了，制造液氢的代价却比较高。液氢有其优势，但也要看到综合成本并不算低。”国际氢能协会副主席、清华大学教授毛宗强表示，未来，氢能应用技术、安全性能等方面不存在大的问题，影响储运环节的最大瓶颈就是经济性。

受此影响，我国目前的氢能示范应用主要围绕工业副产氢和可再生能源制氢产地附近布局，运输半径小于200公里，储运以高压气态方式为主。“在200公里范围以内，采用鱼雷车每天运送10吨氢气，包括压缩、设备折旧等费用在内，每千克运氢成本在2-3元，相对较低。”衣宝廉称。

根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019年版)》(下称《白皮书》)，长管拖车、固体储运成本可观，经济距离却不超过150公里；液态储运经济距离大于200公里，成本在所有方式中最高；管道运输成本最低，经济距离超过500公里。“管道输氢量大、能耗小，但建设管道一次性投资大。”《白皮书》称，相比欧洲已有1598公里输氢管道，我国目前仅有管道约100公里。

拓展更多储运思路

在何广利看来，实现经济储运的大前提是提升应用规模。“氢能绝不单单供给燃料汽车使用，仅针对一两个加氢站的流量，固定投资肯定下不来。反过来，规模上来了，才能分摊基础设施等投入，让储运环节具备降成本的基础。”

同时，不同储运方式各有应用场景。何广利称，结合用能需求、供应网络、技术发展等形势，未来不会局限于某一特定模式，而将形成一个综合供氢网络，不同路线对应的储运方式不同，成本也有差别。“至少目前，没有哪种方式占了绝对优势，或者说以后一定要走哪条路。关键是从全生命周期进行考评，找准真正适用的储运路线。”

《白皮书》预测，氢能储运将按“低压到高压”“气态到多相态”的方向发展。以2036-2050年远期发展来看，高密度、高安全储氢将成为现实，届时建成完备的氢能管网，并出台固态、有机液态等储运标准及管道输配标准作为配套。

结合实际，衣宝廉提出利用天然气管网长距离输氢的思路，利用已有管网，把氢和天然气一起运到各地。在有需要的地方，采用管道里的天然气制氢，再根据用户需求进行净化。“建议尽快明确用天然气管网输氢的标准规范。弄清楚加入氢之后，输气管网可能发生哪些变化、有何影响。”

中国工程院院士倪维斗认为，甲醇是一个很好的载氢体，可借此形成氢能供应及输配网络，用作氢能经济的基础。“长距离输送甲醇再重整制氢，比直接输氢更有优点。因为甲醇在常温常压下是液体，用同样的管道输送比输氢的能量总量大1000倍，还可避免输氢易爆炸、易漏气等安全问题。”

何广利也称，不同于一次能源，在哪里发现、就从哪里运出，氢能作为二次能源，只有原料地，而没有储藏地一说，实际给储运带来更多选择。“到底是在原料地制取、运输，还是把原料运出后制取，或制成某种中间体，再运出、制取？就好像直接输电还是先运煤再发电，不同方式将带来完全不一样的效果。但目前，讨论更多局限在‘先制氢再运输’，对此还要进一步科学论证。”