氫能發(fā)展已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，氫能是唯一可同時用于交通、儲能、發(fā)電、分布式冷熱電聯(lián)供和工業(yè)生產(chǎn)制造等多領(lǐng)域的綠色能源，將對實現(xiàn)我國碳中和大戰(zhàn)略起到重要作用。

   在氫能應(yīng)用中，液氫儲運運量更大、純度高、充裝更快、占地更小，成為面對未來更大加氫需求下的更優(yōu)選擇。據(jù)預(yù)計，2025年整個液氫的占比只有5%，但到2060年液氫的占比有可能達到40%。也就是說，隨著氫的需求逐漸增大，液氫的技術(shù)路線會起到重要作用。

液氫更經(jīng)濟實用

   從儲能的角度來看，液氫可以與綠氫相結(jié)合，支持氫能車輛長距離運輸，這樣能把綠氫的清潔能源屬性更好地發(fā)揮出來。

   液氫要想應(yīng)用于用戶端的整個鏈條中，首先是要實現(xiàn)氫氣的液化。全世界氫氣液化的分布主要在北美，總產(chǎn)能達到400噸/日；歐洲的總產(chǎn)能是20噸/日；日本相對來說氫能發(fā)展快速，總產(chǎn)能可達到30噸/日；而中國目前主要還是在航天領(lǐng)域，單套產(chǎn)能是1.5噸/日，單套產(chǎn)能5噸/日的設(shè)備還在研制中。

   氫能大規(guī)模應(yīng)用時，儲氫密度是關(guān)鍵性經(jīng)濟指標之一。液氫儲氫密度高、工作壓力低、安全性好。

   在儲運方面，液氫儲運經(jīng)濟性更好，同時液氫還有氫氣純度高、增加氫燃料電池壽命及電量、液態(tài)儲氫量大、加氫站占地面積小等優(yōu)點。

   在液氫儲運方面，目前國際上液氫球罐已達到3500 立方米以上，主要用于液氫工廠和航天發(fā)射場；液氫槽車達到360立方米，廣泛應(yīng)用于液氫儲運。

   2019年12月11日，全球首艘液氫運輸船在日本下水，該船全長116米，寬19米，排水量約8000噸，使用1250立方米的真空隔熱雙殼結(jié)構(gòu)液化氫儲罐。川崎重工曾表示，液氫運輸船力爭2030年前后實現(xiàn)商用化。

   2020年，日本川崎重工宣布完成10000 立方米存儲容量（約710噸重）的球形液化氫儲罐的基本設(shè)計，包括在神戶機場上建設(shè)了2500立方米的液氫儲罐。

   我國已開發(fā)300立方米移動式和固定式液氫儲罐，并成功應(yīng)用于航天發(fā)射場，而大型液氫球罐和民用液氫槽車也已開始研制。

   在氫能加注方面，目前全球400多座加氫站中有1/3以上為液氫加氫站，以美國居多，其次是日本，都具備液氫儲存氣態(tài)70MPa加注能力。

   國內(nèi)已具備35MPa/70MPa氣氫加氫站自主研發(fā)和建造能力，雖然液氫加氫站建設(shè)還處于起步階段，但我國氫能應(yīng)用規(guī)模市場前景廣闊。

加快關(guān)鍵核心技術(shù)突破

   中國氫氣液化發(fā)展情況受制于核心技術(shù)。由于技術(shù)門檻很高，目前國內(nèi)真正在使用的氫氣液化裝置只有林德和法液空。由于國外企業(yè)全面掌握了關(guān)鍵技術(shù)，對國內(nèi)企業(yè)來說氫氣液化長時間處于技術(shù)封鎖的狀態(tài)。

   基于現(xiàn)有的應(yīng)用案例，我們可以看到，在更大規(guī)模的液氫存儲方面，采用球罐的方式是未來必然的發(fā)展趨勢。雖然我國在液氫存儲方面發(fā)布了團體標準，但是針對球罐以及液氫罐車的標準仍然缺失，希望隨著液氫大規(guī)模應(yīng)用的鋪開，相應(yīng)團體標準、國家標準會得到建立。

   很顯然，無論是氫氣液化，還是液氫儲運，我國都相對滯后。不過可喜的是，國內(nèi)已經(jīng)開始研制大型液氫球罐和民用液氫槽車；加上國家科技部已經(jīng)連續(xù)三年發(fā)布液氫相關(guān)的重點研發(fā)計劃項目，各地政府和企業(yè)也積極結(jié)合當?shù)刭Y源推進液氫項目產(chǎn)業(yè)落地，預(yù)計到2035年，國內(nèi)將出現(xiàn)高壓氣氫儲運、液氫儲運和管道儲運等多種氫氣儲運形式并存的局面。

   安全是氫能產(chǎn)業(yè)繞不過去的話題。國際上已實現(xiàn)液氫風(fēng)險定量分析評估，建立了較為全面的技術(shù)規(guī)范和標準體系；國內(nèi)已發(fā)布航天發(fā)射場用液氫、液氫包裝貯存運輸要求等三項規(guī)范，但亟需建立和逐步完善民用液氫標準體系。

   目前，我國《氫能汽車用燃料液氫》《液氫生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》和《液氫貯存和運輸技術(shù)要求》三項標準已報批，同時正積極準備《液氫國際標準》提案。

   此外，相關(guān)單位組織完成了《固定式真空絕熱液氫壓力容器與項目技術(shù)要求》征集意見稿，規(guī)定了固定式真空絕熱液氫壓力容器的材料、設(shè)計、制造、檢驗等方面的基本安全技術(shù)要求。

   2021年3月26日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了關(guān)于《加氫站技術(shù)規(guī)范》GB50516-2010（2021年版)局部修訂的公告，自2021年5月起實施，增加了液氫罐車和液氫罐式集裝箱運輸、液氫管路和液氫存儲等技術(shù)規(guī)范。

推動液氫技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用

   中科院理化技術(shù)研究所是國內(nèi)唯一一個綜合性低溫科學(xué)與技術(shù)研究機構(gòu)，并擁有航天低溫推進劑國家重點實驗室，于1956年率先在國內(nèi)實現(xiàn)氫液化，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了更低溫區(qū)的氦液化，并從此在低溫領(lǐng)域進行長期深耕。

   經(jīng)過多年深耕，理化所依次突破了核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備、工程應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過兩代院士、四代科學(xué)家60年的堅守，目前已經(jīng)實現(xiàn)了系列化的低溫裝備的國產(chǎn)化和商業(yè)化，也得到了國內(nèi)同行的肯定；特別是在知識產(chǎn)權(quán)方面已形成自己核心專利池；還積極參與了國家液氫標準的修訂，為液氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。

   當前，國家對于液氫這條技術(shù)路線正在著力布局。在2020年“1.8專項”、廣東省新能源液氫項目以及2021年有關(guān)的氫能專項中，都開始進行液氫技術(shù)路線的布局。理化所正致力于打通全國產(chǎn)業(yè)化液氫制取裝備的全技術(shù)鏈條，實現(xiàn)5噸/日液氫工廠建設(shè)，打造1000公斤/日液氫加氫站。

   為了推進液氫應(yīng)用轉(zhuǎn)化，理化所推動成立了中科富海公司，目的是打造世界上第三個國際化低溫制冷系統(tǒng)研發(fā)制造基地、低溫工程承包商及工業(yè)氣體提供商。

   目前，中科富海以北京為研發(fā)總部，正在沿著江浙一帶的氣體公司以及中山的制造基地進行全國布局，當前公司估值15億元，2021年銷售額超3億元，并完成了A輪融資。

   通過從上游到中游液氫的制取、儲運再到下游，我們希望在未來3~5年實現(xiàn)液氫產(chǎn)業(yè)鏈示范；在未來5~10年逐漸壯大成熟，實現(xiàn)綠氫一系列的應(yīng)用。■

（作者系中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員，鄭金武根據(jù)2021高工氫電年會上的報告整理）