自“碳達(dá)峰碳中和”的目標(biāo)提出以來，以可再生能源為中心的新能源產(chǎn)業(yè)加緊布局，為我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級助力。雙碳目標(biāo)催促我國新能源體系的加快構(gòu)建，更催促了氫能產(chǎn)業(yè)加緊跑馬圈地的步伐。

（來源：網(wǎng)絡(luò)整理）

從制氫端到儲運(yùn)端再到應(yīng)用端，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大且繁雜。作為最為清潔的二次能源，氫氣雖然廣泛存在于宇宙之中卻只能通過制取才能獲取?；谶@一“難題”，氫能在發(fā)展過程中備受掣肘。

在儲氫方面，目前國內(nèi)還處在嘗試和小批量示范階段，暫未形成規(guī)模化發(fā)展。據(jù)測算，2t/d及以下規(guī)模，氫液化的能耗超過20kWh/kg；當(dāng)液氫工廠規(guī)模達(dá)到50t/d時(shí)，氫液化的能耗可降低至8~9kWh/kg；隨著規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大至150t/d，液化能耗可降低至6kWh/kg。當(dāng)液氫工廠的規(guī)模由5噸擴(kuò)大至50t/d時(shí)，氫液化的總成本可降低至50%，未來50-150t/d規(guī)模有可能降低至40%。

當(dāng)前，儲氫技術(shù)主要分為高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、高溫固態(tài)儲氫以及有機(jī)化合物儲氫四種。

低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是指在低溫條件下壓縮氫氣，使氫氣在-253℃的條件下保存到低溫絕熱容器中。

由于液氫密度為70.78kg/m3，是標(biāo)況下氫氣密度0.08342kg/m3的近850倍，即使將氫氣壓縮至15MPa，甚至35、70MPa，其單位體積的儲存量也比不上液態(tài)儲存。單從儲能密度上考慮，低溫液態(tài)儲氫是一種十分理想的方式。但由于液氫的沸點(diǎn)極低(20.37K)，與環(huán)境溫差極大，對容器的絕熱要求很高，且液化過程耗能極大。因此對于大量、遠(yuǎn)距離的儲運(yùn)，采用低溫液態(tài)的方式才可能體現(xiàn)出優(yōu)勢。

當(dāng)前，低溫液態(tài)儲氫技術(shù)仍處在探索嘗試階段，我國眾多科研機(jī)構(gòu)和頭部企業(yè)已經(jīng)開始研發(fā)示范，如中科院理化所、航天101所、中科富海、國富氫能、中集氫能等。

面臨大規(guī)模氫氣儲運(yùn)難題，液氫儲運(yùn)技術(shù)在一定程度上具有很好的競爭力，不僅在安全性上比氣態(tài)儲氫更好，在規(guī)?；瘲l件下成本也占據(jù)優(yōu)勢。當(dāng)運(yùn)輸距離大于300公里時(shí)，液氫的運(yùn)輸和能耗費(fèi)用相對較低，液氫的運(yùn)輸成本僅為高壓氣氫的1/5-1/8。

（來源：網(wǎng)絡(luò)整理）

低溫液態(tài)儲氫技術(shù)目前面臨的主要難題是圍繞液氫產(chǎn)能展開的。包括液氫存儲的安全性和高效性，以及液氫儲罐的技術(shù)和成本兩大難點(diǎn)。

在液氫存儲的安全性和高效性方面，研究重點(diǎn)集中在低溫絕熱技術(shù)上。低溫絕熱技術(shù)是低溫工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)低溫液體儲存的核心技術(shù)手段，按照是否有外界主動提供能量可分為被動絕熱和主動絕熱兩大方式。被動絕熱技術(shù)是利用改造儲罐本身的設(shè)計(jì)，采用物理阻隔的方式使熱量難以進(jìn)入并減少氣體能量損耗和冷氣損耗；主動絕熱技術(shù)是借助外界力量進(jìn)行冷氣制取，通過制冷進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高水平的絕熱效果。兩種技術(shù)均有利有弊，被動絕熱技術(shù)對技術(shù)本身提出更多挑戰(zhàn)，需要在性能上做出更多創(chuàng)新，主動絕熱技術(shù)則因制冷設(shè)備而對裝置的體積、質(zhì)量、效率以及整體成本帶出許多不便。

被動絕熱技術(shù)不依靠外界能量輸入來實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，而是通過物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，來減少熱量的漏入而減少冷損。一種明顯的思路是通過增加熱阻來減少漏熱，如傳統(tǒng)的堆積絕熱、真空絕熱等。此外，一種新型的變密度多層絕熱技術(shù)( Variable density multilayer insulation，VD-MLI) ，也是類似的基本思路來減少漏熱。 

（來源：低溫液氫儲存的現(xiàn)狀及存在問題，作者：郭志釩，巨永林）

主動絕熱技術(shù)是通過以耗能為代價(jià)來主動實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移，常見的手段是采用制冷機(jī)來主動提供冷量，與外界的漏熱平衡，從而實(shí)現(xiàn)更高水平的絕熱效果。主動技術(shù)常用在一些閃蒸氣再液化流程中，如LNG船的再液化流程及核磁共振儀中液氦的再液化等。

液氫儲罐的技術(shù)和成本方面，主要集中在液氫儲罐的容積和蒸發(fā)損失上。液氫儲罐容積正在朝著大型化方向發(fā)展，然而這也意味著會加大液氫蒸發(fā)速度，蒸發(fā)損失加大。如何打造出容積更大、損耗更低的液氫儲罐是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)方向。

液氫儲罐主要包括球罐、臥式圓柱形儲罐等形式。由于液氫的低溫特性，儲罐鋼板應(yīng)采用不銹鋼材料，確保儲罐在低溫下能夠正常運(yùn)行。內(nèi)罐是液氫儲罐中最為重要的主體部分之一，承擔(dān)著承裝低溫液氫的作用。由于液氫的儲存溫度極低（-253 ℃），且對接觸的材料會造成氫脆氫滲等結(jié)構(gòu)損傷，因此內(nèi)罐材料的選用對材料可靠性，耐低溫，耐氫性等的要求極為嚴(yán)格。國內(nèi)外已有應(yīng)用業(yè)績的幾種液氫儲罐結(jié)構(gòu)型式有：球型罐、帶封頭的圓柱形罐、罐箱式集裝箱儲罐等，內(nèi)罐材料均采用的是奧氏體不銹鋼。

目前國內(nèi)已經(jīng)開始中小容積低溫液氫儲罐用不銹鋼材料的研究，如太鋼為小型液氫儲罐專門開發(fā)了一種新型316不銹鋼，雖其牌號仍為316不銹鋼，但在冶煉時(shí)對微量元素含量進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整，獲得了比普通316不銹鋼更為優(yōu)良的理化性能，使之能夠穩(wěn)定儲存低溫液氫。

根據(jù)目前國內(nèi)奧氏體不銹鋼低溫性能試驗(yàn)，316不銹鋼在-40~-269℃低溫環(huán)境下，沖擊功遠(yuǎn)高于制造標(biāo)準(zhǔn)的要求，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于常溫環(huán)境下數(shù)值，側(cè)向膨脹量、斷后延伸率也能夠滿足規(guī)范要求。因此整體上，單從制造能力和性能保障上，目前國內(nèi)生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼材料低溫性能良好，為后續(xù)國內(nèi)大容積液氫儲罐的研制和應(yīng)用打下了較為夯實(shí)的基礎(chǔ)。

除液氫儲罐罐體鋼材材料外，罐體壁板耐低溫性能也是不可忽視的重要因素。根據(jù)國內(nèi)不銹鋼材料的制造規(guī)范，不銹鋼最低設(shè)計(jì)溫度為-196℃，而液氫溫度在-253℃，由此對罐體壁板材料耐低溫承受能力提出更高要求。此外，在儲存純氫狀態(tài)下，儲氫材料必不可少將要面臨氫脆問題。液氫儲罐材料耐腐蝕程度需要前期進(jìn)行多次無損檢測，以確保材料的安全性。

實(shí)際應(yīng)用中，國內(nèi)外已經(jīng)有投入使用的液氫儲罐。目前使用中最大的液氫儲罐位于美國NASA，容積為3200立方米，可存儲227噸的液氫。據(jù)悉新的4700立方米的球狀儲罐的建設(shè)于2019年啟動，并且預(yù)計(jì)于2022年投入運(yùn)行。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）

國內(nèi)北京101所、西昌基地、文昌基地以及中科院理化所等地均已具備至少1t/d的生產(chǎn)能力。

（來源：中科院理化所謝秀娟演講摘錄）

中科院理化所研究院謝秀娟博士曾在演講中表示：國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)完成300m3移動式和固定式液氫貯罐，并成功應(yīng)用于航天發(fā)射場，正在研制大型液氫球罐和民用液氫槽車。預(yù)計(jì)到2035年，國內(nèi)將出現(xiàn)高壓氣氫儲運(yùn)、液氫儲運(yùn)和管道儲運(yùn)等多種氫氣儲運(yùn)形勢并存的局面。

目前，全球液氫產(chǎn)能達(dá)到485t/d。美國（共計(jì)18套裝置，總產(chǎn)能為326t/d）和加拿大（共計(jì)5套裝置，總產(chǎn)能81t/d）的液氫產(chǎn)能占據(jù)了全球液氫總產(chǎn)能的80%以上。我國具備液氫生產(chǎn)能力的文昌基地、西昌基地和航天101所，均服務(wù)于航天火箭發(fā)射領(lǐng)域。在民用液氫領(lǐng)域，由101所承建的國內(nèi)首座民用市場液氫工廠（產(chǎn)能為0.5t/d）和研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)基于氦膨脹制冷循環(huán)的國產(chǎn)噸級氫液化工廠（產(chǎn)能為2t/d）已分別于2020年4月和2021年9月成功施工，將我國的液氫產(chǎn)能提升至6t/d。但距離發(fā)達(dá)國家的液氫產(chǎn)能規(guī)模，仍有較大差距。

除技術(shù)需要突破之外，液態(tài)儲氫也面臨市場和政策的雙重壓力。國內(nèi)液氫市場已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，中科院理化所已經(jīng)設(shè)計(jì)出國內(nèi)首個(gè)國產(chǎn)化5噸/天大型氫氣液化裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備——5噸/天氫液化器大型臥式冷箱。未來將會有更大產(chǎn)能的液氫裝備下線，在低溫絕熱技術(shù)上也將具備國產(chǎn)化優(yōu)勢。同時(shí)，液氫儲存的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)需要統(tǒng)一，尤其是在民用標(biāo)準(zhǔn)上，我國在很長一段時(shí)間里處于空白狀態(tài)。

（來源：中科富海）

2021年11月起，市場監(jiān)管總局（國家標(biāo)準(zhǔn)委）批準(zhǔn)發(fā)布的三項(xiàng)液氫國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T40045-2021《氫能汽車用燃料 液氫》、GB/T40060-2021《液氫貯存和運(yùn)輸技術(shù)要求》、GB/T40061-2021《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》正式實(shí)施。

在這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)出臺之前，我國民用領(lǐng)域的液氫標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均依據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航天工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，增大了民用液氫項(xiàng)目審批及落地執(zhí)行的難度。而這三項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺進(jìn)一步完善了氫能標(biāo)準(zhǔn)體系，使得液氫在生產(chǎn)、貯存和使用等方面有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一在一定程度上體現(xiàn)了行業(yè)的發(fā)展趨勢，更能推動行業(yè)的快速進(jìn)步。

參考：

氫電邦：大型液氫儲罐內(nèi)罐材料研究與應(yīng)用進(jìn)展

低溫液氫儲存的現(xiàn)狀及存在問題，作者：郭志釩，巨永林