氢能行业有个“冷知识”。
我国虽然每年消费3400吨氢气，是全球用氢第一大国，但是这些氢气绝大部分是即产即用，很少进行大规模储运；即使需要运输，也主要是通过高压气氢小规模运输。
个中原因，在于氢气储运上的瓶颈——氢气密度仅为空气密度的1/14，不易于储存。
人们不断探索氢气的储运技术——除了传统的气态压缩进瓶罐运输外，将氢气深冷液化运输是一种，固态储存也是一种。
两条新兴技术路线都涌现出不少技术团队，其中固态储氢技术以氢枫（中国）为代表，形成了集镁基固态储氢材料、吸放氢控制系统等为一体的镁基固态储运氢系统成熟产品，已经率先开始进入产业化阶段。
三大主流储氢技术路线
氢储运按氢的形态划分有气态储运、液态储运、固态储运三种方式。
气态储运包括长管拖车和管道输氢。高压气氢运输是是现阶段使用最广泛且最成熟的储氢技术；但高压气态的安全性低，储氢密度低、运量小，对距离较为敏感，100km以内小规模运输场景下具备成本优势。
管道输氢是以管道的形式对氢气进行运输，分为纯氢管道和掺氢管道。适合大规模远距离运输，能耗低、超远距离运输成本低，但前期固定投入成本极高，短期内无法大规模普及。
液态储运包括低温液态储运及有机液态储运。
低温液态储运是指将氢气从常温气态冷却至-253℃液化后存储于专用的液氢储罐，通过液氢槽罐车或液氢运输船进行运输的方式，远距离运输成本低、纯度高，但氢液化能耗高、储氢容器要求高、易挥发。目前我国液氢民用还处于初期发展阶段。
有机液态也是新出现的一种技术路线，是通过加氢反应将氢气等芳香族有机化合物固定，形成分子内结合有氢的甲基环己烷等饱和环状化合物，目前处在示范验证阶段。
固态储氢是利用固体储氢材料对氢气的物理吸附或化学反应，将氢气储存在固体材料中的技术，可将传统低温、高压的氢气储运状态转为常温常压状态。其储氢密度高、安全性好、能耗相对低、可长期存放。目前，固态储氢材料主要包括AB5型储氢合金、AB2型储氢合金、AB型储氢合金、Mg基储氢合金等。
表1 常见体系固态储氢材料
其中，镁基储氢合金的储氢密度、安全性较高，原料镁价格相对较便宜，镁基储氢材料技术已经相对比较成熟，进入到产业化应用阶段。
镁基固态储氢已经形成商业化系统产品
镁基固态储氢在材料层面的研究已经相对成熟，但镁基固态储氢技术不仅需要材料层面的攻关，更重要的是要实现材料到产品、系统乃至完整解决方案的系统性构建。
氢枫是一家跨氢能产业链的技术解决方案供应商，提供氢气制取、储存、运输和应用的综合技术解决方案。在氢气运输与储存领域，氢枫自主研发及生产包含镁基固态储氢材料、吸放氢控制等的镁基固态储氢罐系统产品，并在行业内进行了商业化应用。
图1 氢枫镁基固态储氢罐系统产品
氢枫采用独特的多元催化复合镁合金成分设计，显著提升了镁基储氢合金的充放氢动力学性能；同时创造性采用二维片层状加工工艺和多孔粉末压制成型技术，在保障充放氢动力学性能的同时，显著增加材料的体积储氢密度，大大提高了镁基储氢材料的结构稳定性和循环使用寿命，且能够进行工业级规模化生产。氢枫镁合金材料配方及结构都拥有专利，不易被复制。
图2 氢枫独特的镁合金材料（左氢化镁，右镁合金）
“我们已经形成具有自主知识产权的镁合金材料研发及生产、镁基固态储氢罐系统产品研发及生产的整套体系。”氢枫首席财务官曹俊介绍说。
“氢枫镁基固态储氢罐的储氢密度已经达到6.4wt%以上，单个20英尺储氢罐容量高达1.0吨，在1MPa氢压下即可实现满充，能耗相对较低，并能实现＞3000次吸放氢循环无明显衰减，具有更长的使用寿命。后续产品的储氢容量将根据应用场景需求进行扩展、优化。”曹俊说。
氢枫镁基固态储运氢技术在全球具有先行优势，其将目标瞄准了全球市场。
“从专利角度，不仅限于国内，我们在全球大概有24个镁基固态储氢发明专利，包括在美国、澳大利亚、欧洲等国家，这是同领域其它公司所没有的；从市场角度，氢枫从2021年开始布局海外市场，包括马来西亚、新加坡、泰国、澳大利亚、德国、美国，甚至远到巴西，海外市场是我们发展非常重要的一部分。”氢枫首席企业传讯官安伟介绍。
为了更好地满足氢气各种运输场景要求，氢枫对其镁基固态储氢产品的材料进行了防海洋盐雾腐蚀措施。“我们的镁基固态储氢罐已经获得了船级社认证，可灵活兼容公路、铁路及水路运输。”氢枫首席财务官曹俊介绍。
镁基固态储氢进入新阶段：拓展商业化应用场景
氢能产业的发展受限于安全、便捷、经济等储氢技术，镁基固态储运氢技术可以极大地减少对压缩设备、高压储罐、高压阀门和管道的依赖，减少了因氢气压缩和减压过程导致的能耗，显著降低了初期设备投资、建设和运营成本，同时降低氢气在储存和运输环节的成本，助力氢能产业发展。
此间行业人士评论，氢枫镁基固态储运氢技术给氢能行业最大的创新，是缓解了氢储运瓶颈，为氢气在各垂直领域的的大规模应用提供了可能。
“比如之前没法使用氢气的场景，现在可以用固态储氢技术来试试用氢气的解决方案。”上述人士续道。“这为氢气的应用场景大大拓宽了空间。”
总的来说，氢枫镁基固态储运氢技术应用场景，可以分为固定式场景和移动式场景，如下图所示。
图3 镁基固态储运氢主要应用场景
固定式应用主要是对氢气进行存储，适用于氢发电和氢工业方面的应用；移动式应用主要是对氢气进行运输，在陆上运输和海上运输均可使用。相关的典型应用场景如下：
（1）可再生能源储能+绿色化工/发电
随着风电及光伏发电装机规模不断扩大，其随机性和间歇性致使弃风、弃光的问题逐渐凸显。因此，可通过在风力高峰时段或光照充足的时段产生的富余电力用于电解水制取氢气，大规模地存储于镁基固态储氢装置中，实现能量安全、长周期储存，便于下游氢气原材料的供应。
图4 镁基固态储氢耦合氢发电/氢工业场景
工业领域是氢气巨大的消纳领域，据H2 Plus Data数据，绿氢在化工领域的消纳占比达到90.49%。存储起来的氢气可用于下游化工领域的应用，为绿醇、绿氨等氢基产品生产线提供大量源源不断的绿氢供应；当然，也可以用于氢治金领域。
同时，在在风力不足时段或光照不足的时段（如夜晚），可充分利用镁基固态存储的氢气通过燃料电池发电，用于补充下游负荷的电力供应。
（2）镁基固态储氢与固体氧化物电解池耦合
镁基固态储氢在放氢过程中需要大量热量，而固体氧化物(SOFC)燃料电池技术需要在 600~1000 ℃ (一 般 为 700~800 ℃)的高温下进行，同时副产高温余热，因此，可充分利用该余热为镁基固态储氢放氢过程提供热量。而镁基固态储氢的吸氢过程是放热反应，可为固体氧化物电解水制氢(SOEC)提供热量。整个过程有效实现热量的循环利用，促进“电—氢—电”融通共赢。
镁基固态储氢和SOEC/FC耦合可完美应用于电网侧削峰填谷。在用电低谷时利用廉价的电力制取氢气，存储进镁基固态储氢；在用电高峰期通过镁基固态储氢为SOFC燃料电池发电系统提供充足氢气进行氢发电，并入公共电网。对比常规的抽水蓄能和压缩空气储能等技术，镁基固态储氢具有能量转换效率高，占地面积小，对地形和地质条件要求低等特点。
图5 镁基固态储氢与固体氧化物电解池耦合
（3）陆上、海上氢气储存与运输
镁基固态储运氢技术适用于大规模、中长距离的氢气运输场景。对于海上运输，随着海上风电耦合电解水制氢产业的发展，未来可对海上风电场产生的氢气进行储存和运输，当然，也可以进行外贸的跨海和跨国运输。
图6 镁基固态储运氢跨海运输
总结
总体来说，镁基固态储氢是氢储运领域的一项创新性技术，以其安全性、便捷性、经济性、长周期和高储氢密度等特点很好地解决了氢气长距离、大规模运输问题，从而扩大单一氢源经济性半径，氢能应用也将会不断扩大，整体促进氢能产业的发展。
镁基固态储氢材料技术已经发展成熟，进入了产业化应用阶段和商业化初始阶段，但系统产品的规模化、批量化有待进一步提高，交付能力有待加强，需要更多如氢枫这样的综合技术解决方案提供商，整合产业链资源，提供系统的镁基固态储运氢解决方案。
香橙会研究院以推动氢能商业化为使命，是中国最早从事氢燃料电池行业研究的专业机构。经过多年积累，发展出了香橙会氢能数据库。以数据库为依托，提供氢能数据、媒体、智库、投行、论坛、展会服务。
内容交流资源合作请联系：wangsk@xch3.com，或微信后台直接联系。
