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错配的氢能

“绿氢大有可为”已经成了“双碳”目标推进下的共识，但是如果把整个产业链拉通来看，却有点“顾头难顾尾”。

氢能产业链较长，包括上游氢气生产、中游储存运输，以及不同终端应用场景。上游的制氢其实渠道不少，我国绿氢制取也跑得较快，我国工程院院士谢和平团队甚至已经突破研发出了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的利用风电在海上直接制氢的方式；下游的应用场景还有待扩张，但已经有了较明确的落地场景，虽然目前仍主要集中于碳排放量占比高的传统工业企业和交通领域。

而从商业角度来看，下游应用领域开拓缓慢，问题一般是出在盈利性上。占氢能产业链成本高达4成的储运环节，无疑成了这条绿色能源线路尚未贯穿的堵点之一。

之前的文章中，我们曾提到过“绿氢”“蓝氢”“灰氢”的区别，这里简单总结一下：当我们将氢作为减碳途径，就必须生产绿氢，即在氢能制取的过程中不新增碳排放，要求以太阳能、风能等可再生能源进行电解水制氢；不过绿氢成本和技术要求较高，目前全球约九成的氢气仍然是灰氢，即从煤炭、石油等化石燃料以及工业副产品中制氢，过程伴有碳排放；蓝氢则处于碳排放的中间地带，虽然生产过程中也有碳排放，但是能通过碳捕集技术将生产过程中的碳捕捉封存起来。

蓝氢一般制取于天然气存储量较丰富的地带，在我国占比很小，前两类氢气才是我们的关注重点。

灰氢其实没多少运输的烦恼，它产生于煤炭和天然气，主要是化工厂或炼油厂的配套产业，基于高效便捷的化石能源储运体系，工厂直接就自产自销、现产现用了。但是绿氢不一样，据中国石化总经理赵东所言，我国的绿氢资源分布可以说是“西富东贫，北多南少”，而需求恰好相反。

根据中国石化经济技术研究院去年年末发布的《中国氢能产业展望报告》国内绿氢资源集中在三北（东北、西北、华北）和西南地区，消费市场则多位于东部。

今年上半年，根据中国氢能联盟的最新统计，国内可再生氢项目年产能规模超10万吨，其中超8万吨产能都分布在内蒙古、宁夏和新疆三省份；而交通领域的加氢站又集中于广东、山东、河北和河南四个省份，合计占全国已建成加氢站数量的近四成。

地理供需错位导致产销衔接的不畅，如何将大量的绿氢资源运输出来，储运技术就显得尤为关键。

02

成本是王道

要想运输必然要考虑存储，根据存储形态的不同，氢气的储运大致分为四种，分别是低温液态储运、固态储运、有机液体储运以及高压气态储运。

但结论说在前面，想穿过广袤的国土实现氢能的长距离运输，唯有最传统的方式最有效、成本最低，也就是通过管道以高压气态的形式运输氢气。其他方式为什么都做不到？

先来说低温液态储运，这个技术我国在十年前就已经掌握，当时的卫星发射就已经用上了液态氢。低温液态运输运的自然是-252.7℃、已经变为液体的氢，它会被加注到绝热容器中，再用特制的液氢槽罐车运输。

液态运输的优点是能量密度、体积密度大，加注时间短，但问题是，氢气在液化过程中能耗非常大，约为15-25kWh/kg，能占到氢气自身能量的30%-40%。另一方面，槽罐车的关键技术长期由俄罗斯、美国、日本等企业把持，国产化的进程慢导致成本偏高，工业领域很少用到，主要应用于航天、军事领域。

不过今年年初，国内已经有厂商上市了首台商用液氢罐车，一定程度上攻克了液氢超低温绝热、氢储运安全等难题，并且掌握了多层绝热、超低温系列匹配等关键核心技术。一旦国产化铺开，这个储运方式同样可以应用于长途，值得关注。

储氢方式概览

另一个和液体相关的“有机液体储运”，也叫做LOHC吸附储氢，指的是利用不饱和的液体有机物，通过可逆加氢和脱氢反应实现储氢，运输过程中氢气会变成氢有机化合物液体。这个方式储运氢气的密度高，安全性堪称独一无二，最重要的是，它能直接复用现有的石化运输体系，油罐车就能运输，长途也当然不在话下。但它最大的问题是工艺太复杂，储存和释放过程都要求很高的技术储备，导致现在只有德国、日本对这个技术比较热衷。

固态储氢和有机液体储氢有异曲同工之妙，均是借助储氢材料进行储运。从实现方式来看，又分为物理路径和化学路径，前者通过活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维碳基材料进行物理性质的吸附氢气，后者利用金属氢化物储氢，是目前研究的重点。

以化学路径中最受欢迎的镁基固态储氢材料为例，氢气会先在其表面催化分解为氢原子，氢原子再扩散进入到材料晶格内部空隙中，以原子状态储存于金属结晶点内，形成金属氢化物。中国地质大学（武汉）可持续能源实验室主任程寒松解释，这个反应过程可逆，从而实现了氢气的吸收和释放，且都不需要很高的压力，只是释放氢要求比较高的温度。

程寒松还表示，单位体积的金属氢化物可以储存常温常压下近千倍体积的氢气，体积密度甚至优于液氢，而且对运输工具的要求都不高，并且在科研阶段“我们和国际上的差距并不大”。但它的工艺还是相对复杂了点，又要求热量的输入，所以大规模的应用还不多，但也不妨碍大部分业内人士看好他的前景。

对比下来，要技术成熟、又要机构工艺简单，最重要的是要秉承“成本优先”原则，那么满足这三点的只有高压气态储运，也就是最常见的管道运输。

全球输氢管网铺设（单位：km）

管道运输在欧美早就是基建计划的一部分，比如德国去年年中就提出要在2028年前，初步建立起氢能基础设施网络，包括超过1800公里长的改建和新建氢气管道。在我国同样是首选，由中国石化在新疆库车市建设的光伏绿氢一体化综合利用项目，是目前世界上最大的单体绿氢项目，运行一年多年产量已达2万吨，正在推进建设全长500多公里输送氢气管道，计划从内蒙古乌兰察布到北京的燕山石化。

世界最大的单体绿氢项目落地新疆

但这也是成本所在，大规模固定路线运输当然可以这样运输，比效率低且百公里单位运输成本在10元/kg的货车运输好得多，但由于氢气会和金属反应产生氢脆现象，导致管道韧性下降，造成氢气逃逸，所以需要含炭量低的材料作为运氢管道，造价大概是天然气管道的两倍以上。

当然，如果下游需求足够、有人买单，那么这些成本就不是问题。