2020年9月，中國提出了2030年實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。現(xiàn)階段，中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)主體是化石能源，碳排放問題嚴(yán)重；而在未來，降低化石能源在中國能源結(jié)構(gòu)中的占比，增加可7再生能源占比，是實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)發(fā)展的必然要求。然而，提升可再生能源在能源體系中占比的重要前提是解決其波動性和間歇性問題。氫能是一種零碳排、應(yīng)用形式多樣的清潔能源，是實現(xiàn)可再生能源儲能調(diào)峰的理想儲能介質(zhì)，可加速電力、工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的深度脫碳，有望成為推動中國能源轉(zhuǎn)型的重要力量。

      氫是質(zhì)量能量密度最高的化學(xué)燃料，然而氫在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為空氣的7.14%，這使得氫氣的體積能量密度相對較低，僅約為天然氣的1/3（20MPa），約為硬煤的1/20。氫氣儲運(yùn)技術(shù)的發(fā)展對實現(xiàn)氫能大規(guī)模應(yīng)用起重要支撐作用。美國能源部（DOE）提出了車載儲氫技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)，其基本要求為：質(zhì)量儲氫密度達(dá)到7.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），體積儲氫密度達(dá)到70g/L，操作溫度為40~60℃。目前尚未見報道達(dá)到這一目標(biāo)的氫氣儲運(yùn)技術(shù)。

       2020年11月，中國發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，指出要攻克氫能儲運(yùn)、加氫站、車載儲氫等燃料電池汽車應(yīng)用支撐技術(shù)。大容量、低成本的儲氫技術(shù)是中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需攻克的難點之一。

      根據(jù)氫氣的儲存狀態(tài)可將其儲運(yùn)方式分為氣態(tài)儲運(yùn)、低溫液態(tài)儲運(yùn)、有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)和固態(tài)儲運(yùn)等方式，如圖1所示。

不同狀態(tài)儲存的氫氣可通過車載、管道或船用進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。筆者結(jié)合國內(nèi)外儲氫技術(shù)的最新研究進(jìn)展，綜述了不同氫氣儲運(yùn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對中國未來氫氣儲運(yùn)技術(shù)發(fā)展方向做出了展望。

１　氫儲運(yùn)技術(shù)

１．１　氣態(tài)儲運(yùn)技術(shù)

      氣態(tài)儲運(yùn)是目前氫氣的主流儲運(yùn)方式，技術(shù)成熟，成本較低，包括儲存和運(yùn)輸2個環(huán)節(jié)。

１．１．１　氣態(tài)儲存

     氣態(tài)儲氫以高壓氣瓶為儲氫容器，通過高壓壓縮儲存氣態(tài)氫，其主要優(yōu)點在于儲氫容器結(jié)構(gòu)簡單，充放氣速度快。高壓氣態(tài)儲氫容器主要包括純鋼制金屬瓶（Ⅰ型）、鋼制內(nèi) 膽纖維纏繞瓶（Ⅱ型）、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶（Ⅲ型）及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（Ⅳ型）。

      20MPa鋼制瓶（Ⅰ型）早已實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，并與45MPa鋼制瓶（Ⅱ型）和98MPa鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng)用于加氫站中。

      但是，Ⅰ型和Ⅱ型瓶儲氫密度低、氫脆問題嚴(yán)重，難以滿足車用儲氫容器的 要求。目前，車用儲氫氣瓶主要為Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。表１為 國內(nèi)外代表性企業(yè)生產(chǎn)的車用儲氫氣瓶，中國的35MPa和70MPa的Ⅲ型瓶技術(shù)較為成熟，全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞Ⅳ型瓶還處于研發(fā)階段，與國外的技術(shù)水平還存在一定的差距。

     Ⅲ型瓶通常以鋁合金材料為內(nèi)膽，外部用高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料纏繞降低儲氫瓶質(zhì)量。目前，中國Ⅲ型瓶技術(shù)成熟，35MPa的Ⅲ型瓶已在燃料電池汽車上實際投產(chǎn)使用。浙江大學(xué)鄭津洋團(tuán)隊對中國Ⅲ型瓶發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，２００４年，該團(tuán)隊成功制備出了體積為1.25L、工作壓力為40MPa、儲氫密度為３％的Ⅲ型瓶，并對其力學(xué)特性和優(yōu)化理論進(jìn)行了深入研究；“十一五”期間，該團(tuán)隊解決了0.5mm超薄鋁內(nèi)膽成型、高抗疲勞線型匹配和厚纖維纏繞固化等關(guān)鍵技術(shù)問題，建立了完善的強(qiáng)度分析和“結(jié)構(gòu)－材料－工藝”一體化優(yōu)化設(shè)計方案；2010年，該團(tuán)隊突破了70MPa高壓氣態(tài)儲氫系統(tǒng)氫氣壓縮、儲存和安全的若干關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了70MPaⅢ型瓶，實現(xiàn)了鋁內(nèi)膽Ⅲ型瓶的輕量化，提升了中國高壓容器的設(shè)計制造能力。2018年，隨著中國《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》GB/T35544-2017使用標(biāo) 準(zhǔn)頒布，70MPaⅢ型瓶開始在乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)投產(chǎn)應(yīng)用。全復(fù)合輕質(zhì)纖維纏繞儲罐Ⅳ型瓶是儲氫容器輕量化發(fā)展的重要方向，如圖1（b）所示，其內(nèi)膽采用阻隔性能良好的工程熱塑料，外部采用纖維纏繞，進(jìn)一步降低了氫氣瓶質(zhì)量，提高了質(zhì)量儲氫密度。

      目前，國外Ⅳ型瓶制備技術(shù)成熟，已實現(xiàn)在燃料電池車領(lǐng)域的應(yīng)用。美國Quantum公司與Thiokol公司及Lavrence Livermore國家實驗室于2000年首次開發(fā)出以聚乙烯為內(nèi)膽的 Ⅳ 型儲氫瓶（Trishield氫氣瓶），其最高工作壓力為35MPa，儲氫質(zhì)量密度高達(dá)11.3%；該公司還于2001年開發(fā)出工作壓力為70MPa的Trishield 10儲氫瓶。2002年，Lincoln公司成功研制了以高密度聚乙烯（HDPE）為內(nèi)膽的復(fù)合材料Tuff shell儲氫瓶，其最高工作壓力為95MPa。日本豐田公司研制出了35MPa和70MPa的Ⅳ型儲氫瓶，內(nèi)膽為高密度聚合物，中層為耐壓碳纖維纏繞層，表層為玻璃纖維強(qiáng)化樹脂保護(hù)層，其中70MPaⅣ型 瓶的質(zhì)量儲氫密度為5.7%；目前，該儲氫瓶已應(yīng)用于Mirai系列燃料電池車。2020年，日本八千代工業(yè)株式會社展示了儲氫壓力82MPa、儲氫容量280L的Ⅳ型儲氫罐，代表了目前高壓氣態(tài)儲氫領(lǐng)域的最高水平。

     目前的高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)尚未達(dá)到DOE的車用儲氫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。探索發(fā)展高壓化、輕量化、高強(qiáng)度的儲氫瓶是保證高壓氣態(tài)儲氫安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要發(fā)展方向。

１．１．２　氣態(tài)運(yùn)輸

       氣態(tài)運(yùn)輸主要分為長管拖車和管道運(yùn)輸2種方式。其中，長管拖車運(yùn)輸技術(shù)較為成熟，中國常以20MPa長管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫約為300kg，正在積極發(fā)展35MPa運(yùn)氫技術(shù)。國外則采用45MPa纖維全纏繞高壓氫瓶長管拖車運(yùn)氫，單車運(yùn)氫可提至700kg。由于中國目前氫能發(fā)展處于起步階段，整體產(chǎn)氫規(guī)模較小，氫能利用的最大特點是就地生產(chǎn)、就地消費(fèi)，氫氣的運(yùn)輸距離相對較短，因此多采用長管拖車運(yùn)輸；管道運(yùn)輸?shù)膲毫ο鄬^低，一般為1.0~4.0MPa，具有輸氫量大、能耗小和成本低等優(yōu)勢，但是建造管道的一次性投資較大，不適合作為氫能發(fā)展初期的運(yùn)輸方式。中國可再生能源豐富的西北地區(qū)有望成為未來氫能的主產(chǎn)地，而中國能源消費(fèi)地主要分布在東南沿海地區(qū)。在未來氫能大規(guī)模發(fā)展的前提下，管道運(yùn)輸可實現(xiàn)氫能的低成本、低能耗、高效率跨域運(yùn)輸。目前從世界范圍來看，美國已經(jīng)有2500km的輸氫管道，歐洲已有1598km的輸氫管道，而中國僅有100km的輸氫管道，與西方國家仍有不小差距。管道運(yùn)輸發(fā)展初期，單獨建造氫氣運(yùn)輸管網(wǎng)平均成本過高，可以積極探索摻氫天然氣的方式，利用現(xiàn)有的天然氣管道進(jìn)行運(yùn)輸，探索管道運(yùn)氫的難點與條件。

１．２　低溫液態(tài)儲運(yùn)

     液氫可作為氫氧發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑，其工業(yè)化使用離不開航天航空領(lǐng)域的發(fā)展。低溫液態(tài)儲氫具有能量密度大、體積密度大、加注時間短等優(yōu)點，其基本原理是將氫氣壓縮冷卻至-253℃使其液化，并儲存在低溫絕熱容器中，液氫密度高達(dá)70.78kg/m³。氫氣液化系統(tǒng)和儲氫容器是氫氣液化儲存的關(guān)鍵裝置。由于氫氣液化溫度低，使得液化系統(tǒng)能耗高，且對儲氫容器絕熱要求高。低溫液態(tài)儲氫技術(shù)難度大、一次性投資成本高。降低氫氣液化成本、提高儲氫容器絕熱性能是目前研發(fā)的重點方向。

１．２．１　氫氣液化系統(tǒng)

      氫氣液化裝置是獲取液氫的基礎(chǔ)，按照制冷方式的不同，氫氣液化系統(tǒng)主要有預(yù)冷型Linde-Hampson系統(tǒng)、預(yù)冷型Claude系統(tǒng)和氦制冷氫液化系統(tǒng)3種類型。Linde-Hampson循環(huán)系統(tǒng)是德國Linde和英國Hampson于1895年分別獨立提出的一種簡單空氣液化循環(huán)系統(tǒng)，是工業(yè)上最早采用的氫氣液化系統(tǒng)。由于氫氣向液氫的轉(zhuǎn)換溫度為204.6K，遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，Linde-Hampson循環(huán)不能直接用于氫液化，因此該系統(tǒng)首先將氫氣用液氮預(yù)冷至轉(zhuǎn)換溫度以下，然后通過J-T節(jié)流實現(xiàn)液化。1898年，英國倫敦皇家研究所的詹姆斯·杜瓦首次實現(xiàn)了氫的液化。首先將氫氣壓縮至20MPa，然后高壓氫氣經(jīng)過液態(tài)二氧化碳、液空和負(fù)壓液空三級預(yù)冷進(jìn)入氫液化器，被回流的氫氣進(jìn)一步冷卻后通過J-T節(jié)流使溫度降至21.15Ｋ，實現(xiàn)氫氣液化。

       Linde-Hampson循環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，適用于中小型氫液化裝置。

      1902年，法國Claude首次實現(xiàn)了帶有活塞式膨脹機(jī)的空 氣液化循環(huán)（Claude循環(huán)）。Claude循環(huán)不依靠J-T節(jié)流降溫，而是在絕熱條件下，通過氣流經(jīng)膨脹機(jī)對外做功實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，使氫氣獲得更大的溫降和冷量，其中膨脹機(jī)分為活塞式膨脹機(jī)和透平膨脹機(jī)，一般中高壓系統(tǒng)采用活塞式膨脹機(jī)，低壓系統(tǒng)采用透平膨脹機(jī)。

      如果Claude循環(huán)有液氮預(yù)冷，系統(tǒng)性能會有所提高。液氮預(yù)冷型Claude系統(tǒng)效率比液氮預(yù)冷型Linde-Hampson系統(tǒng)高50%~70%，適用于大規(guī)模的液氫生產(chǎn)。1959年，美國佛羅里達(dá)州建成了第一臺Claude循環(huán)大型氫液化裝置，其產(chǎn)量為50t/d，代表當(dāng)時氫液化發(fā)展的最高水平。目前世界上運(yùn)行的大型氫液化裝置均采用改進(jìn)的預(yù)冷型Claude液化流程。

      氦制冷氫液化系統(tǒng)用氦作為制冷工質(zhì)，由氦制冷循環(huán)為氫液化提供所需冷量，循環(huán)過程包括氫液化和 氦制冷循環(huán)兩部分。氦制冷循環(huán)為改進(jìn)的Claude系統(tǒng)，這一過程中氦氣并不液化，但其溫度降至液氫溫度以下。氫液化流程中，被壓縮的氫氣經(jīng)液氮預(yù)冷后，在熱交換器內(nèi)被冷氦氣冷凝為液體。該系統(tǒng)氫的工作壓力相對較低，避免了高壓操作危險，采用間壁式換熱形式，安全性更高；此外，該系統(tǒng)減小了壓縮機(jī)的尺寸和管壁厚度。但由于其存在換熱溫差，整機(jī)效率略低于Claude循環(huán)，更適用于產(chǎn)量低于3t/d的裝置。

     氫氣液化形式所對應(yīng)的液氫制取的功耗在總功耗中占比很大，表2列出了不同液化形式適用的規(guī)模及其理論循環(huán)效率和理論比功耗。

       由表2可知：Linde-Hampson循環(huán)比功耗最大，常用于小規(guī)模氫液化；氦制冷比功耗效率中等，但安全性好，常用于中等規(guī)模氫液化；Claude循環(huán)比功耗最小，在大規(guī)模氫液化中應(yīng)用較多。為提高大規(guī)模氫液化的經(jīng)濟(jì)性，一些大型國際機(jī)構(gòu)對大規(guī)模低成本氫液化裝置展開深入研究。日本W(wǎng)E-NET（World energy network）項目針對液化能力為300t/d的氫液化裝置進(jìn)行了優(yōu)化研究，結(jié)果表明，采用透平膨脹機(jī)進(jìn)行氫Claude循環(huán)的單位能耗最小，為8.5kwh/kg(LH₂)。歐洲IDEALHY項目通過對50t/d的氫液化裝置的過程參數(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的整體優(yōu)化，將單位能耗降低至6.4kwh/kg(LH₂)。

１．２．２　液氫儲罐

      氫氣液化通過多次循環(huán)節(jié)流膨脹等方式實現(xiàn)，其與外界存在巨大溫差，為避免由內(nèi)外溫差引起的液氫快速蒸發(fā)損失，研發(fā)高真空、強(qiáng)絕熱的儲氫容器成為液氫應(yīng)用的重點和 難點。為降低比表面積，減小換熱，儲氫容器一般以圓柱狀或球形為主，由于圓柱狀容器生產(chǎn)簡單，應(yīng)用更加廣泛。為減少和避免熱蒸發(fā)損失，液氫儲罐多采用雙壁層結(jié)構(gòu)如圖1（c）所示，其內(nèi)膽盛裝溫度為20K的液氫，通過支撐物置于外層殼體中心，內(nèi)外壁層之間除保持真空以外，還需放置碳纖維、玻璃泡沫、膨脹珍珠巖、氣凝膠等絕熱材料，防止熱量傳遞。國外公司，如美國NASA、俄羅斯JSC、日本JAXA 等已實現(xiàn)液氫在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。美國土星－5運(yùn)載火箭的液氫裝載量為1275m³，地面儲罐的容積為3500m³，工作壓力0.72MPa，液氫日蒸發(fā)率75.6%，容器加注管路直徑100mm，可同時接受5輛公路加注車的加注，貯箱加注管路長400m，直徑240mm。俄羅斯JSC深冷機(jī)械制造股份公司生產(chǎn)了容積為140m³和250m³２種規(guī)格的液氫儲罐，140m³的液氫儲罐為球形罐，外徑16m，內(nèi)徑14m，球罐總高度為20m，采用真空多層絕熱方式，日蒸發(fā)率小于0.26%，蒸發(fā)氫氣在離球罐頂部20m處高空放空。日本種子島航天中心的液氫儲罐容積為540m³，采用珍珠巖真空絕熱，日蒸發(fā)率小于0.18%。發(fā)達(dá)國家在液氫民用方面也進(jìn)行了研究與應(yīng)用。

       國際上能夠提供商業(yè)化液氫裝置的公司主要有Praxair、Linde、Air Liquide等。Praxair液化裝置單位能耗相對較低，約為12.5~15kwh/kg(LH₂)；Air Liquide小型裝置采用氨制冷氫液化流程，單位能耗約為17.5kwh/kg(LH₂)；未來能耗有望降低至9~10kwh/kg(LH₂)，目前，3家企業(yè)均發(fā)布了100~300m³儲量的可移動儲罐產(chǎn)品。

        中國液氫主要用于航天領(lǐng)域，已形成了完整成熟的液氫應(yīng)用體系。液氫生產(chǎn)方面，目前擁有3家液氫生產(chǎn)工廠，分別為西昌基地、北京101所和海南文昌，均服務(wù)于航空航天及相關(guān)研究，其中，海南文昌生產(chǎn)能力最大，液化能力2t/d。中科富海是掌握氫液化核心技術(shù)的新興企業(yè)，成立于2016年，其定位為工業(yè)和民用相結(jié)合，以中科院理化所技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為依托，完成了液化能力為1.5t/d的氫液化裝置生產(chǎn)，為中國液氫生產(chǎn)裝置的商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。液氫儲罐方面，中國自主研發(fā)液氫儲罐最高壓力可達(dá)到35MPa， 單罐儲氫能力為300m³，最大存儲能力約為2500m³。由于缺乏相關(guān)民用標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)尚無液氫民用案例。

     2020年3月，鴻達(dá)興業(yè)擬募資投建5×10⁴t/a項目，其中液氫產(chǎn)量為3×10⁴t/a，此項目是中國首個規(guī)?；裼靡簹漤椖浚瑢⑻钛a(bǔ)國內(nèi)民用液氫規(guī)?；a(chǎn)的空白。

      2021年5月，國家標(biāo)準(zhǔn)委批準(zhǔn)發(fā)布了《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(yùn)輸技術(shù)要求》3項國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步推動了液氫民用化進(jìn)程。

１．２．３　車載液氫儲存容器

     車載液氫儲存是氫燃料電池車發(fā)展的另一重要方向。國外已研制出車載儲氫容器。美國Linde公司研制的車載液氫儲罐如圖2所示，其可在0.3~0.5MPa下，使液氫在長時間保持23Ｋ的低溫。

       美國和德國等都已推出車載液氫儲罐供氫的概念車。2000年，美國通用公司在北京展示了液氫儲罐供氫的零排放燃料電池車———“氫動一號”轎車， 其儲氫系統(tǒng)質(zhì)量僅為95kg，電池組的輸出功率為80kw，電動機(jī)輸出功率為55kw，最高時速140km，從靜止到100km/h的加速時間僅需16s，且可在-40℃下啟動，續(xù)航里程為400km，所需氫燃料質(zhì)量為 5kg。2003年，通用公司又推出改進(jìn)型的氫動三號轎車，其最大功率提高至94kw，電機(jī)功率為60kw，最高時速達(dá)到150km，行駛400km所需氫燃料減少至4.6kg，液 氫 儲 罐 長1000mm，直徑400mm，重90kg，質(zhì)量儲氫密度5.1%，體積儲氫密度36.6kg/m³，僅從儲氫密度的角度考慮，此技術(shù)已接近實用化標(biāo)準(zhǔn)要求。

      為防止蒸發(fā)，液氫儲罐的體積約為液氫體積的2倍，即液態(tài)儲氫系統(tǒng)的實際體積約為汽油箱體積的3倍；其次氫氣液化成本高、能耗大，能耗約為12kwh/kg(LH₂)，相當(dāng)于液氫質(zhì)量能量的３０％；同時蒸發(fā)損失問題尚未完全解決。除存在氫損耗之外，還存在安全隱患。無論從經(jīng)濟(jì)角度還是安全角度考慮，車載液氫儲存技術(shù)離實用化尚有較遠(yuǎn)距離。

１．２．４　低溫液態(tài)運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)狀

      低溫液態(tài)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)氫能力大，可減少車輛運(yùn)輸?shù)念l次，提高加氫站的供應(yīng)能力，適用于距離長、輸運(yùn)量大的情況。日本和美國都已將液氫罐車作為加氫站運(yùn)氫的重要方式之一。低溫液氫運(yùn)輸可分為汽車液氫罐車、鐵路液氫罐車、專用駁船和液氫管道運(yùn)輸，液氫槽車是液氫運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車液氫罐車的液氫儲量可達(dá)100m³，鐵路液氫罐車的大容量槽車儲量可達(dá)120~200m³ 。俄羅斯液氫儲罐容量為25~1437m³，25m³和1437m³的儲罐自重分別為19t和360t，可儲液氫分別為1.75t和100.59t，儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.2%和27.9%，儲罐的日蒸發(fā)質(zhì)量損失分?jǐn)?shù)分別為1.2%和0.13%，可見液氫的損失率與容器體積關(guān)系較大，大儲罐的儲氫效果優(yōu)于小儲罐。專用駁船運(yùn)氫能力大、能耗低，適合于遠(yuǎn)距離液氫運(yùn)輸。罐儲量高達(dá)1250m³的船用液氫儲罐和單船運(yùn)輸能力達(dá)2500m³的液氫專用駁船如圖3所示。

      液氫船運(yùn)的能耗低、輸量大，受到多國關(guān)注。日本政府聯(lián)合川崎重工公司在澳大利亞開展的褐煤制氫－液氫船舶運(yùn)輸示范項目是第一個液氫駁船運(yùn)輸項目，該項目的主要目的之一為論證液氫大規(guī)模運(yùn)輸?shù)目尚行浴＜幽么蠛蜌W洲共同撰寫的《氫能開發(fā)計劃》中提到從加拿大運(yùn)輸液氫至歐洲的計劃，報告重點討論了總?cè)莘e達(dá)1.5×10⁴ｍ^３的液氫儲罐在駁船甲板上的設(shè)置方式。德國已展開總?cè)莘e為12×10⁴ｍ^３的大型液氫運(yùn)輸船的研究。在特定場合，液氫也可通過管道運(yùn)輸，由于管道容器的絕熱要求高，管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液氫管道僅適合短距離輸送。

１．３　有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)技術(shù)

       氫氣的有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)是利用氫氣與有機(jī)介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行儲存、運(yùn)輸和釋放，主要分為3個階段：（１）氫氣與儲氫介質(zhì)發(fā)生加氫反應(yīng)；（２）儲氫介質(zhì)的儲存和運(yùn)輸；（３）加氫后的儲氫介質(zhì)進(jìn)行脫氫反應(yīng)釋放氫氣。烯烴、炔烴、芳烴等不飽和液態(tài)有機(jī)物均可作為儲氫介質(zhì)進(jìn)行氫氣儲存。有機(jī)氫化物穩(wěn)定性高、安全性好、儲氫密度大、儲存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸安全、設(shè)備和管路易保養(yǎng)、技術(shù)成本低、儲氫介質(zhì)可多次循環(huán)使用，是一種可行的氫能儲運(yùn)方法。此外，液態(tài)有機(jī)儲氫介質(zhì)物理性質(zhì)與汽油、柴油相近，可利用現(xiàn)有汽油、柴油基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行輸運(yùn)，大大降低后期規(guī)?；瘧?yīng)用成本。然而，有機(jī)液態(tài)儲氫（Liquid organic hydrogen carriers,LOHC）依然存在脫氫溫度高、效率低、能耗大等問題。新型有機(jī)儲氫介質(zhì)的開發(fā)必不可少。

１．３．１　有機(jī)儲氫介質(zhì)的研究進(jìn)展

      芳烴／環(huán)烷烴體系是最早研究用于化學(xué)儲氫的液態(tài)有機(jī)儲氫介質(zhì)體系。芳烴的加氫能耗低、儲氫密度高（質(zhì) 量 分 數(shù) 6.2%~7.3%），是理想的儲氫介質(zhì)，但加氫后的環(huán)烷烴脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，脫氫能耗（64~69kJ/mol H₂）和脫氫溫度（≥210℃）高，脫氫效率較低，難以滿足實際應(yīng)用需求；且其脫氫催化劑（Pt、Rh、Re、Pd、Ni等）易結(jié)焦失活，難以在苛刻環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行。除芳烴外，近些年研發(fā)出了如吡啶、哌啶、喹啉、萘啶、ＢＮ 雜環(huán)化合物等諸多有價值的 LOHC介質(zhì)，表3對比了加氫后的儲氫介質(zhì)的儲氫密度、脫氫溫度和催化劑等信息。

      為解決脫氫溫度高、脫氫效率低等問題，近些年研發(fā)了諸多新型LOHC 體系。美國空氣化工公司的Pez等研究發(fā)現(xiàn)，在芳環(huán)中引入氮雜原子可以大幅降低脫氫反應(yīng)焓，使得脫氫溫度降低。Eric等通過密度泛函（DFT）計算發(fā)現(xiàn)，無論在芳環(huán)中還是環(huán)取代基上引入氮原子均可降低儲氫介質(zhì)的脫氫溫度（如圖4（ａ）），且在1，3－Ｎ取代雜環(huán)化合物中，五元環(huán)比六元環(huán)更有利于降低溫度。Ｚｈｕ等研究發(fā)現(xiàn)，在哌啶環(huán)上引入給電子或共軛取代基有利于降低儲氫介質(zhì)的脫氫焓，４－氨基哌啶和哌啶－４－甲基 胺 基 哌 啶 的 脫 氫 焓 最 低，分 別 為55.7和54.8kJ/mol。咔唑類有機(jī)物是近些年受到關(guān)注的液態(tài)有機(jī)儲氫載體，其中以咔唑和 Ｎ－乙基咔唑研究最廣泛。十二氫咔唑的儲氫密度高于十二氫－Ｎ－乙基咔唑，但其脫氫速率低于十二氫－Ｎ－乙基咔唑。由于十二氫咔唑中氮原子上的孤對電子可通過與金屬催化劑表面相互作用而與催化劑結(jié)合，抑制了脫氫反應(yīng)的發(fā)生，降低了其脫氫速率；而十二氫－Ｎ－乙基咔唑的氮原子與乙基相連，阻礙了其與催化劑表面的結(jié)合，脫氫速率得以提高。1，2－B，N雜環(huán) 是另一類儲氫能力相對較大、脫氫溫度低、有較大潛力的新 型有機(jī)儲氫介質(zhì)。1，2－B，N－環(huán)己烷的理論儲氫密度為7.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），研究表明，在較低溫度下（圖4（b），150 ℃），其釋放的氫氣主要來自 Ｂ－Ｎ 單元（—ＢＨ_２—ＮＨ_２—），脫氫后生成三聚產(chǎn)物，因而其實際儲氫密度為4.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。Farnaz等發(fā)現(xiàn)，3－甲基－1，2－Ｂ，Ｎ－環(huán)戊烷在過渡金屬鹵化物催化下，可在不高于80℃的條件下發(fā)生脫氫反應(yīng)（如圖4（ｃ）），盡管其儲氫密度低于DOE的要求，但其脫氫溫度已滿足實際應(yīng)用需求，為LOHC提供了新思路。

      甲醇和甲酸是常見的有機(jī)液體，含氫量較高，易于儲存和運(yùn)輸，也是具有潛力的LOHC介質(zhì)。甲醇和甲酸的低溫脫氫得到廣泛研究，目前已研究出多種低溫脫氫催化劑，但其在動力學(xué)方面受到的限制較大，離實際應(yīng)用還有較遠(yuǎn)距離。同時，二者脫氫過程中均有碳排放，從釋放的氣態(tài)混合物中分離和收集CO₂進(jìn)行再循環(huán)過程復(fù)雜，增加了儲氫成本。

１．３．２　有機(jī)液態(tài)儲氫發(fā)展現(xiàn)狀

      LOHC技術(shù)目前已受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注和研究。國際上，美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家都在積極投入相關(guān)研究。美國空氣化工公司在氮雜環(huán)儲氫方面做了深入探究，并取得了 一系列專利；德 國Hydrogenious　Technologies(HT)公司同 樣致力于LOHC技術(shù)的研發(fā)和推廣，目前HT公司研發(fā)的LOHC技術(shù)儲存系統(tǒng)（Storage BOX）和釋放系統(tǒng)（Release BOX）已在德國示范運(yùn)行，在美國開展項目調(diào)試；日本開展 Ahead項目探索氫氣有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)的商業(yè)化可行性如圖5所示，該項目的滿載氫氣運(yùn)輸能力可達(dá)210t/a。該項目采用千代田公司的SPERA技術(shù)，SPERA技術(shù)利用甲基環(huán)己烷作為氫載體，其開發(fā)的催化劑有效壽命超過1a，并成功進(jìn)行了10000h的示范運(yùn)行。

      中國進(jìn)行LOHC研究的單位主要有中船重工718所、中科院大連化學(xué)物理研究所、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、氫陽能源公司等。浙江大學(xué)安越課題組對咔唑及其衍生物的加氫和脫氫過程進(jìn)行了深入研究；2017年，中國揚(yáng)子江汽車與氫陽能源公司聯(lián)合開發(fā)了利用有機(jī)液體儲氫技術(shù)加注燃料的“氫陽一號”氫能大巴，其加注200Ｌ氫油燃料可行駛400km。2019年，大連化學(xué)物理研究所的陳萍課題組在芳烴－環(huán)烷烴對中引入堿金屬和堿土金屬，實現(xiàn)了氫可逆地存儲在氧化鈉－環(huán)己烷對中，建立了一種新的有機(jī)液體儲氫體系；西安交通大學(xué)方濤課題組以一鍋法共還原制備了一系列不同配比的還原氧化石墨烯負(fù)載的雙金屬PdCu/rGO合金催化劑，其中 Pd1.2Cu/rGO 催化劑首次在180℃下使十二氫－Ｎ－乙基咔唑的脫氫產(chǎn)物選擇性達(dá)到100%，且催化劑中貴金屬Pd 的用量相比于已報道的催化劑降低了60%以上；中國化學(xué)工程五環(huán)公司與氫陽能源公司簽訂了1000t/a儲油項目合同，標(biāo)志著全球首套大規(guī)模工業(yè)化常溫常壓液態(tài)儲氫材料生產(chǎn)裝置投入建設(shè)。

１．４　固態(tài)儲運(yùn)

      固態(tài)儲氫是利用物理或化學(xué)吸附將氫氣儲存在固體材料之中，根據(jù)氫氣與固體材料結(jié)合方式不同可以分為化學(xué)吸附儲氫和物理吸附儲氫。固態(tài)儲氫技術(shù)解決了高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫面臨的高壓、低溫等問題。固態(tài)儲氫的體積儲氫密度高、安全性更好，是一種有前景的儲氫方式。然而，目前看來，固態(tài)儲氫的缺點在于固體儲氫材料室溫下儲氫量 過低，且吸附材料的制備昂貴，商業(yè)化程度較低。

１．４．１　化學(xué)吸附儲氫

      化學(xué)吸附儲氫是利用氫元素與載體材料反應(yīng)生成化學(xué)鍵，將氫分子固定在固體化合物中。加氫后的儲氫材料能夠以固態(tài)形式保存氫氣，從根本上解決了高壓氫氣泄漏和儲氫容器氫脆等安全問題，提高了儲氫、運(yùn)氫和用氫的安全性。目前研究較多的化學(xué)吸附儲氫材料包括金屬氫化物和輕質(zhì)金屬化合物，其中，金屬氫化物發(fā)展較為成熟。

（１）金屬氫化物儲氫

      金屬氫化物儲氫材料通過氫氣與金屬或合金發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)儲存氫氣，反應(yīng)過程如圖６（ａ）所示。

      由圖6（a）可知：①氫氣分子物理吸附在金屬或合金表面；②氫分子在金屬或合金表面解離為氫原子；③材料表面的氫原子擴(kuò)散至金屬或合金內(nèi)部，形成固溶體（α 相）；④材料內(nèi)部的氫原子與金屬原子發(fā)生化學(xué)吸附生成氫化物（β相）。Ｙｕｈ提出了金屬間隙對氫原子的自捕集機(jī)制，如圖 6（b）所示。由圖6（b）可知，生成氫化物的穩(wěn)定性由氫化物的基態(tài)能（氫化物生成的能量）和晶格彈性能決定，隨著Ｍ－Ｈ的生成，氫化物的穩(wěn)定性增加（基態(tài)能減小），但是晶格形變引起其穩(wěn)定性降低（彈性能增大），因而體系存在一個最佳的金屬－氫結(jié)合比，使氫化物能量最低。

      LaNi_５是早期發(fā)現(xiàn)的最為成熟的可生成金屬氫化物的合金，質(zhì)量儲氫密度為1.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在Ｎｉ－ＭＨ 電池中的電化學(xué)容量為320mAh/g，但是由于鎳氫電池容量在使用中衰減較快，能量密度較低，且La的成本較高，阻礙了其廣泛應(yīng)用。為降低鎳氫電池成本，人們試圖利用元素取代的方法部分取代儲氫合金中成本較高的元素，從而發(fā)展出了 LaNi_５－xMx（M為Cu、Nd、Al、Fe、Co、Mn等）系列儲氫材料，然而這種方法不能從根本上解決鎳氫電池能量密度低、成本高的問題。目前，鎳氫電池已幾乎被能量密度高的鋰電池全部取代。鋯基和鈦基金屬是另一類典型的金屬儲氫材料，其基本組成為ＡＢ2型，通過金屬取代等方法可改變其電性能，已形成了Ｔｉ－Ｚｒ－Ｎｉ－Ｍ 系列的多元合金電極，質(zhì)量儲氫密度略高于ＡＢ5型材料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.8%～2.4%。由于其初期活化困難，未能得到廣泛應(yīng)用。Ti－Ｆｅ合金是 ＡＢ型儲氫材料的典型代表，質(zhì)量儲氫密度可達(dá)到 1.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。此類材料在室溫下即可實現(xiàn)可逆吸－放氫，且原料價格較低，得到了一定程度的應(yīng)用。為改善其初 期活化性能差的問題，同樣出現(xiàn)了ＴｉＦｅｘＭｙ（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ）等一系列多元合金材料，但其儲氫容量依然無法滿足車載動力需求。Ｍｇ_２Ｎｉ是 ＡＢ２型金屬材料的典型代表，其儲氫體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到3.6%。但這類材料放氫溫度高達(dá)200~300℃，嚴(yán)重阻礙了其推廣和應(yīng)用。一定條件下，純金屬和氫氣可以直接反應(yīng)，生成二元金屬氫化物，如 ＭｇＨ_２、ＬｉＨ、ＡｌＨ_３、ＣｕＨ_２等， 二元金屬氫化物的儲氫容量相對較高，反應(yīng)過程簡單，但脫氫溫度高，儲氫可逆容量衰減性能較為嚴(yán)重，如ＭｇＨ_２質(zhì)量儲氫密度高達(dá)7.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），但脫氫溫度高達(dá)290℃。

（２）輕質(zhì)金屬化合物儲氫

       輕質(zhì)金屬化合物主要由原子質(zhì)量相對較小的金屬元素和非金屬元素組成，相對分子質(zhì)量較小，質(zhì)量儲氫密度較高。與金屬氫化物中氫主要占據(jù)金屬或合金材料的晶格間位不同，輕質(zhì)金屬化合物中氫原子更傾向于以離子鍵或共價鍵的形式與輕質(zhì)元素結(jié)合。常見的輕質(zhì)化合物有鋁氫化合物、硼氫化合物和氮氫化合物。鋁氫化合物主要由Li、Na、K、Ca、Mg等元素與鋁的氫配位體形成的配合物，如LiAlH₄、NaAlH₄、Li₃AlH₆、Na₃AlH₆、LiNa₂AlH₆等。 其中，Na₃AlH₄₄的理論質(zhì)量儲氫密度為7.5%，可實現(xiàn)完全可逆的儲放氫，最受科研人員青睞。NaAlH₄依然存在熔點低于脫氫溫度、脫氫動力學(xué)差、吸氫過程在高壓下才能完成等問題。相比而言，LiAlH₄理論儲氫密度較高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.9%），脫氫溫度在鋁氫化合物中最低（120℃左右），在早期也受到廣泛研究，但其脫氫是不完全可逆的，阻礙了其后續(xù)的研究和發(fā)展。雙金屬鋁氫化物是近些年研究較多的一類輕質(zhì)儲氫材料，其由2類堿金屬原子和鋁氫配位體組成，如LiNa₂AlH₆ 、K₂NaAlH₆、K₂LiAlH₆等。LiNa₂AlH₆ 初始脫氫溫度相對較低（190~210 ℃），且在升溫脫附過程中不熔融，儲氫容量較高，理論儲氫體積分?jǐn)?shù)高達(dá)6.7%，可逆性較好，進(jìn)行的研究最多。為了進(jìn)一步降低 LiNa₂AlH₆ 的脫氫溫度，研究人員對其進(jìn)行了大量改性研究。Ｆａｎ等探究了一系列 Ti₃C₂摻雜型 LiNa₂AlH₆ 的放氫性能，結(jié)果表明，LiNa₂AlH₆ ＋5%Ti₃C₂（ｗ）的初始脫氫溫度為112℃，相比于 LiNa₂AlH₆可降低68℃。硼氫化合物以Li、Na、Mg、Ca等元素與硼氫配位體結(jié)合形成，如 LiBH₄、NaBH₄、Mg(BH₄)₂、Ca(BH₄)₂等，這類材料是現(xiàn)有儲氫化合物中儲氫密度最高的，但其同樣存在脫氫溫度高、可逆性差等問題。研究廣泛的硼氫化合物Mg(BH₄)₂，其脫氫溫度范圍為230~530 ℃，儲氫密度為14.9%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。LiBH₄的理論質(zhì)量密度高達(dá)18.5%，然而其脫氫過程極其漫長，脫氫溫度范圍較寬，中間步驟復(fù)雜，可逆性較差。催化改性、摻雜復(fù)合是改善硼氫化鋰儲放氫性能的有效手段，Vajo等利用復(fù)合改性工藝將 MgH₂與硼氫化鋰混合，提升了硼氫化鋰的儲氫可逆性能，實現(xiàn)了該體系在315~400 ℃的可逆儲放氫，儲氫 體積分?jǐn)?shù)達(dá)到8%~10%。氮氫化合物由Li、Ca、Mg等金屬元素與氨基或亞氨基結(jié)合形成，如 LiNH₂、Mg（NH₂）₂等。這類材料儲氫密度高、脫氫溫度較低，早期受到了廣泛關(guān)注。Shaw等利用球磨工藝合成了Li₂NH，脫氫研究下發(fā)現(xiàn)氣體中含有雜質(zhì)氣體氨氣。中科院大連物理化學(xué)研究所陳萍團(tuán)隊利 用LiBH₄、Mg（NH₂）₂和 LiH 之間的協(xié)同作用，優(yōu)化了      Mg（NH₂）₂- LiH 儲氫材料的吸／脫氫熱力學(xué)和動力學(xué)性能，實現(xiàn)了100 ℃以下可逆吸／脫氫，25~340 ℃之間的脫氫質(zhì)量密度為4.2%。由于這類材料具有吸氫動力學(xué)性能較差、脫氫時又含雜質(zhì)氣體等缺陷，目前對此研究相對較少。

１．４．２　物理吸附儲氫

      物理吸附的原理是利用固體材料對氫分子的物理吸附作用，使其固定在吸附材料表面，氫分子主要以范德華力與固體材料表面結(jié)合。物理吸附儲氫材料主要有金屬有機(jī)骨架（MOFs）、碳納米管、沸石等比表面積較大的多孔材料。2003年，Rosi等首次合成可用于物理吸附的多孔有機(jī)金屬骨架材 料MOF-5；2004年， Rowsell等首次在1MPa、－196℃的高壓低溫環(huán)境下實現(xiàn)了MOF-5吸附氫氣，吸附量為1.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。Yang等在380℃、常壓下利用碳納米管實現(xiàn)了氫氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的吸附實驗。物理吸附儲氫的儲氫容量整體較小，且大多數(shù)材料目前只能在超低溫或超高壓環(huán)境下實現(xiàn)氫氣的大量儲存，使其在日常應(yīng)用中受到限制。固態(tài)儲氫相比于氣態(tài)和液態(tài)儲氫體積更小、安全性更高，可通過汽車、貨車、集裝箱船運(yùn)輸，更適合使用大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的安全運(yùn)輸方式，受到國內(nèi)外廣泛研究。國外進(jìn)行相關(guān)研究的國家和團(tuán)體有美國、日本、歐盟等。美國早在20世紀(jì)中期就開始了金屬氫化物的應(yīng)用研究，1968年，Philips實驗室制備出了最為成熟的金屬氫化物L(fēng)aNi5，并將其應(yīng)用于鎳氫電池中。日本從20世紀(jì)70年代開始投入相關(guān)研究，1996年，豐田推出了第一款搭載固態(tài)儲氫系統(tǒng)的氫燃料電池車；2001年，其推出的搭載固態(tài)儲氫系統(tǒng)的氫燃料電池車FCVH-2行使距離達(dá)到了300km。日本W(wǎng)E-NET項目中同樣涉及固態(tài)儲氫加氫站的推廣。國內(nèi)目前也有小規(guī)模固態(tài)儲氫應(yīng)用項目，氫儲（上海）能源科技有限公司已經(jīng)完成了以MgH₂為儲氫材料的相關(guān)材料開發(fā)和測試，正在進(jìn)行從小容量單容器儲－放氫過 渡到大容量容器組儲－放氫的實驗，該技術(shù)有望應(yīng)用于小容量工業(yè)儲氫產(chǎn)品和大規(guī)模工業(yè)儲運(yùn)氫車。有研科技集團(tuán)懷柔基地 30kw風(fēng)電直接電解水制氫項目中采用400Nm³鎂基材料固態(tài)儲氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在風(fēng)力波動較大的條件下，實現(xiàn) 穩(wěn)定的風(fēng)電輸出和制氫。對于有機(jī)液態(tài)儲氫材料和固態(tài)儲氫材料，質(zhì)量儲氫密度低和／或脫氫溫度高是二者發(fā)展的主要局限因素，DOE對現(xiàn)有儲氫材料做了歸納，如圖7所示，并預(yù)測了儲氫材料發(fā)展的最終目標(biāo)（黑色虛線范圍），為儲氫材料的未來發(fā)展指明方向。

２　不同儲運(yùn)方式對比

       表4為不同的儲氫方式。由表4可知，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟度最高，目前已得到廣泛應(yīng)用，但其體積儲氫密度較低，離 DOE的車載儲氫技術(shù)目標(biāo)還有一定距離，且安全性較差；液態(tài)儲氫是唯一滿足DOE車載儲氫技術(shù)目標(biāo)所有要求的儲氫方式，其技術(shù)比較成熟，但氫氣液化難度較大，安全性較差，多用于航空航天項目，目前，世界各國都在積極探索液氫在民用方面的應(yīng)用；有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫在儲氫密度、安全性等方面具有優(yōu)勢，但目前技術(shù)成熟度較低，存在放氫溫度高等缺點，是目前世界各國積極探索研發(fā)的儲氫技術(shù)。從運(yùn)輸方面來看，運(yùn)輸成本是目前氫能發(fā)展關(guān)注的重點。圖8反映了常見的3種氫氣運(yùn)輸方式的成本隨運(yùn)輸距離的變化關(guān)系。由圖8可知，氣態(tài)車載運(yùn)輸成本隨著運(yùn)輸距離增大而顯著增大，具有短距離運(yùn)輸（小于200km）成本優(yōu)勢。目前，中國氫能產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，運(yùn)輸距離短、氫氣需求量小，氣態(tài)車載運(yùn)輸足以滿足目前發(fā)展需求。低溫液態(tài)儲運(yùn)的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸優(yōu)勢明顯，是實現(xiàn)氫氣遠(yuǎn)距離低成本運(yùn)輸?shù)闹匾緩?。目前已有相關(guān)示范項目進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸探索，為未來大規(guī)模氫能運(yùn)輸發(fā)展做技術(shù)儲備。氣態(tài)管道運(yùn)輸成本最低，是氫氣運(yùn)輸?shù)淖罴堰x擇。然而，由于管道鋪設(shè)難度大，一次性投資成本高，目前還難以實現(xiàn)大規(guī)模氫氣管道運(yùn)輸。以現(xiàn)有的天然氣運(yùn)輸管網(wǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行天然氣摻氫運(yùn)輸試驗是探索氫氣管道運(yùn)輸?shù)挠行窘?jīng)。有機(jī)液體運(yùn)輸和固態(tài)運(yùn)輸是安全性較高的運(yùn)輸手段。然而，由于目前有機(jī)液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫技術(shù)還處于探索階段，相應(yīng)的運(yùn)輸規(guī)模有限，可作為未來氫氣運(yùn)輸?shù)挠行аa(bǔ)充手段進(jìn)行技術(shù)探索。總體來看，中國氫能發(fā)展前期（約到2025年），車載儲氫將以70MPa高壓氣態(tài)儲氫為主；運(yùn)輸將以45MPa長管拖車為主，低溫液態(tài)運(yùn)輸和管道運(yùn)輸將逐步進(jìn)行示范項目，協(xié)同發(fā)展。中期階段（約到2030年），車載儲氫將以氣態(tài)、低溫液態(tài)為主，多種儲氫技術(shù)相互協(xié)同；氫氣運(yùn)輸將以高壓氣態(tài)車載運(yùn)輸、低溫液態(tài)運(yùn)輸和氣氫管道運(yùn)輸相結(jié)合的方式協(xié)同進(jìn)行。遠(yuǎn)期階段（約到2050年），全國氫能發(fā)展步入成熟階段，氫氣需求量增大，大力發(fā)展管道運(yùn)輸成為必然趨勢，氫氣管網(wǎng)將覆蓋全國，保證氫氣供應(yīng)通暢。

３　結(jié)論與展望

       據(jù)預(yù)測，中國2050年的氫氣需求量將接近6×10⁷ｔ，在能源體系中的占比將增至10%，“以氫儲電”是解決可再生能源“棄風(fēng)、棄光、棄水”問題，保障未來氫氣大量供應(yīng)的有效途徑。中國可再生能源主要分布在西北、西南地區(qū)，而能源消費(fèi)區(qū)主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)，產(chǎn)氫地和用氫地空間距離遠(yuǎn)，因而發(fā)展大規(guī)模氫氣儲運(yùn)技術(shù)是大規(guī)模用氫的必要保障。目前以高壓氣態(tài)儲氫為主的氫氣儲運(yùn)方式可以滿足我國氫能產(chǎn)業(yè)起步階段的氫能供應(yīng)需求。然而，由于其儲氫密度較低，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)成本較高，不能滿足將來大規(guī)模氫氣儲運(yùn)的需求。氣態(tài)管道運(yùn)輸、液態(tài)運(yùn)輸、固態(tài)運(yùn)輸在大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸運(yùn)方面具有顯著優(yōu)勢，但目前技術(shù)還不成熟，主要體現(xiàn)在４個方面：①氣態(tài)管道運(yùn)輸受一次投資成本的影響，應(yīng)用規(guī)模小，運(yùn)輸經(jīng)驗不足；②低溫液態(tài)儲運(yùn)缺乏民用標(biāo)準(zhǔn)，尚沒有民用經(jīng)驗；③有機(jī)液態(tài)儲運(yùn)脫氫溫度高、效率低；④固態(tài)儲運(yùn)材料不能同時滿足高儲氫密度和低脫氫溫度的要求。根據(jù)氫能發(fā)展規(guī)模，開展相應(yīng)規(guī)模的氫氣管道運(yùn)輸項目積累經(jīng)驗，做好大規(guī)模管道運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)儲備；制定相應(yīng)的液氫民用標(biāo)準(zhǔn)，通過液氫民用示范項目積累經(jīng)驗，推進(jìn)液氫民用發(fā)展；開發(fā)新型有機(jī)儲氫介質(zhì)和新型催化劑，降低有機(jī)液態(tài)儲氫介質(zhì)脫氫溫度；開發(fā)同時滿足高儲氫密度和低脫氫溫度的固態(tài)儲氫材料等是大規(guī)模氫氣儲運(yùn)技術(shù)發(fā)展的重要方向。大規(guī)模氫氣儲運(yùn)技術(shù)的突破是實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，推動我國能源轉(zhuǎn)型的必要保障，對提升我國能源安全意義重大。