氢能作为一种可再生的、清洁高效的二次能源，具有资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质等诸多优点，是实现能源转型与碳中和的重要能源。

一、氢的来源

我国是世界第一产氢大国，生产主要在西北和华北地区，但大部分用作工业原料而非能源。氢能根据来源不同可分为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。其中“灰氢”是指利用煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢，制氢成本较低但碳排放量大；“蓝氢”是指使用化石燃料制氢的同时，配合碳捕捉和碳封存技术，碳排放强度相对较低但捕集成本较高；“绿氢”是利用风电、水电、太阳能、核电等可再生能源电解制氢，制氢过程完全没有碳排放，但成本较高。目前，我国氢气主要来自灰氢。

二、氢的储存

目前储氢方法主要分为高压气态储氢、低温液态储氢和储氢材料储氢三种。

1、气态储氢

（1）高压气态储氢瓶储氢

气态储氢是将氢气压缩后以高密度气态形式在高压下储存的技术，该技术设备结构相对简单，压缩氢气制备能耗低，温度适应范围广，成本低，是目前发展最成熟的储氢技术。储氢瓶包括四类，其中I型、II型技术较为成熟，主要用于常温常压下的氢气储存，III型和IV型储氢瓶主要用于高压储氢，适用于氢燃料汽车、加氢站等，还有无内胆的V型储氢瓶处于研发阶段。表1总结了四种类型储氢瓶的对比情况。

表1. 四种类型储氢瓶的对比

（2）盐穴储氢

盐岩因其极低的渗透特性、损伤恢复特性和良好的蠕变性能，是国际上公认的能源储存理想介质，又因其不与氢气发生反应，被认为是大规模地下储氢的极佳选择。截至2021年，全球共有4座运营中的盐穴储氢库，其相关技术参数如表2所示。但地下储氢有可能诱发储氢微生物生长、应力场变化等技术挑战，目前仍在研究探索中。

表2. 部分运营中的盐穴储氢库相关技术参数

2、液态储氢

液态储氢主要有物理层面上的低温液态储氢和化学层面上的液态氢载体储氢。低温液态储氢技术是当前常见的氢储运方式之一，国外已广泛用于液氢加氢站日常运营，我国液氢行业相对落后，主要应用在航空航天领域。

（1）低温液态储氢

液态储氢是将氢气在一定条件下压缩冷却（-240℃，0.1 MPa）至液化后再保存（-253℃，0.1 MPa）在绝热真空容器中的一种储氢方式。与气态储氢相比，液态储氢具有体积密度大、安全性好、氢气纯度高、加注时间短等优点。

在液氢制造方面，氢气液化系统主要有预冷型Linde-Hampson系统、预冷型Claude 系统和氦制冷氢液化系统3种类型。在液氢储存方面，主要依靠专用的液氢高压绝热容器，国外比较成熟的液氢储瓶内胆为球形结构，采用多层真空隔热技术，自带制冷机主动地进行绝热过程，可以实现高绝热和低耗损。

（2）有机液态储氢

“氢油”在氢能供应链上逐渐兴起，其本质是有机液态储氢，原理是通过催化加氢反应将贫氢有机物转化成富氢有机物，从而将氢气储存起来，然后通过脱氢过程实现氢释放。由于在储存期间，氢与相应的液态有机氢载体（Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHC）共价结合，LOHC在常温下为液体，并显示出与原油等相似的特性，因此可以使用现有基于原油的基础设施实现处理、运输和储存。常用液态有机液态氢载体有环己烷、甲基环己烷等。

（3）液态氨储氢

氨是由一个氮原子和三个氢原子组成的零碳化合物，是潜在的储氢载体。同时氨在常压下的液化温度仅为-33℃，而且氨的压缩和储运体系已经成熟并且规模化应用，通过加氢反应合成氨，以液氨状态运送后再释放氢的运氢方式具有相当的成本效应，故“氨−氢”能源结合成为推动氢能发展的关键动力之一，其技术路线图1所示。

图1 “氨−氢”能源循环路线

（4）液态甲醇储氢

甲醇储氢与氨储氢类似，通过CO2的加氢反应合成绿色甲醇后以液态甲醇形式储运，到达目的地后通过甲醇裂解等方式释放氢。液态甲醇相比液态氢具有更低的生产成本、输运成本和更高的化学稳定性，同时与其技术相关的配套设施相对完善，是理想的液态储氢材料之一。利用液态甲醇原位重整制氢技术有望用于下游加氢站供给或直接加注于分布式燃料电池系统，在未来，“甲醇−氢”能源体系可能是我国新能源战略的关键之一。

3、固态储氢

固态储氢是通过吸附作用将氢气加注到固体材料中保存起来的储氢技术，其体积储氢密度大、安全性好，吸放氢速度稳定，运输不需要管道，具有广阔的应用前景。

（1）物理吸附材料储氢

物理吸附性储氢材料主要有金属有机骨架（Metal Organic Frameworks, MOFs）和碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）。MOFs由于其高表面积、可调节的孔径、孔体积和孔几何形状的特点，是物理吸附性储氢材料代表之一，但遇水不稳定。现有研究大多聚焦在MOFs结构对储氢性能的影响，例如改性MOFs材料、经过特殊设计的超多孔MOFs材料和三维结构MOFs材料均可以显著提高氢吸附能力，关于MOFs结构与储氢的关系仍处于初步探索阶段。

（2）合金材料储氢

间隙氢化物合金能用作高压复合储氢罐中的高压储氢材料，如ZrFe2、TiCr2合金等已被广泛用于高压复合储氢罐中，也能单独作为合金储氢材料使用，是理想的合金储氢材料之一。常见合金类型有AB5、AB、AB2等，例如已经产业化的LaNi5储氢合金、TiFe储氢合金、TiMn2合金。

（3）氢化物材料储氢

金属氢化物储氢材料中，镁基合金氢化物由于质量轻、密度小、储氢量大、资源丰富、价格低廉、无污染，被认为是最有应用前景的金属氢化物储氢材料之一，缺点是吸放氢动力学性能不足，目前还处于研究优化阶段，研究主要集中在通过改变锻造条件优化微观结构，通过改性复合材料提高综合性能，或者聚焦于材料内部效应等。

三、氢的运输

目前根据氢气状态主要有气氢运输和液氢运输两种运氢方式，固氢运输还需要储氢合金的性能进一步优化。可以预见，高压气态运氢、液态运氢和管道运氢将是运氢三大主流方向，三种运氢方式并行发展是构建安全、高效氢能储运网络的关键。

（1）高压气氢运氢

气态氢的运输目前有两种方案，分别是集装管束箱或长管氢气拖车运输和管道运输，集装管束箱和长管氢气拖车由于技术要求中等和技术成熟度较高，是目前最常用的高压气态运氢方式。国外常采用45 MPa纤维全缠绕高压储氢瓶长管拖车运氢，单车运氢量可达约700 kg，目前国外最先进的长管拖车可达52 MPa超高压，且配备自动控制阀门，能够与加氢站系统对接直接进入加氢机进行加氢。

（2）液氢运氢

液态氢储运的两种常用载体是液氢槽车和专用液氢驳船。液氢槽车常用于中短距离城市间运氢，在运输距离大于400 km时具有可观的经济效应，目前国外最先进车载液氢储瓶容量最大可达360 m3，我国也具备了制造300 m3的可移动式液氢槽车的实力。

（3）管道运氢

管道运氢可实现大规模、常态化、低成本的氢气长途运输，是未来氢气储运体系的重要组成部分，科技部将针对城镇地区用氢需求，开展中低压纯氢与掺氢（5%~20%）天然气管道输送及其应用关键技术研究的“中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术”列入《十四五国家重点研发计划氢能专项》中。

（4）固态运氢

虽然固态储氢技术整体上处于实验研究阶段，但Mg基储氢材料发展相对成熟，如上海氢枫能源技术公司基于镁基材料研发的固态储氢车，具有高密度储氢容量和常温常压储运的优势，是固态储氢技术商用的重要突破。

四、总结

我国氢储运行业发展总体落后于国外，包括复合储氢技术、液氢技术等新兴技术以及相关产业链等，但近年来不断打破国外封锁，部分领域达到世界一流水平。氢储运是氢能产业链的关键环节，打破技术瓶颈、完善氢储运体系将助力我国氢能产业高质量快速发展。

（文/图 舒军政）