氢能来源广泛、应用场景丰富，可实现电网、热网、油气网之间的联通耦合，是未来二次能源体系中电能的重要补充。绿色氢能的开发与利用已成为全球应对气候变化的重要途径和能源变革的关键方向。

近日，《应用材料与界面》杂志发表了科学家模拟储氢反应来分析氢化减缓原因，从而提出改进储氢性能的建议。可以预见的是，氢能的战略地位和经济合理性，与可再生能源转型中的大规模长周期能量储存和多元化终端利用需求密不可分。

氢能储运是产业链的关键环节

氢能产业链整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节，其中储运环节是高效利用氢能的关键，是影响氢能向大 规模方向发展的重要环节。在氢能全产业链中，氢的储运是制约我国氢能和燃料电池产业发展的关键环节，因为氢气特殊的 物理、化学性能，使得它储运难度大、成本高、安全性低。

（1）重量轻、密度小：在所有元素中，氢的重量最轻、密度小，需要提高储运容器压力进而提高氢的密度来提高氢能利用 的效率；

（2）液化温度低：常压下氢气在-253℃温度才能液化，液化能耗高、静态蒸发损失大，对液氢储罐要求很高；

（3）原子半径小：氢的原子半径非常小，氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔，在高温、高压下，氢气甚至可以穿过很厚 的钢板；

（4）性质活泼：氢气非常活泼，稳定性极差，泄露后易发生燃烧和爆炸，这些因素都对氢气的储运技术提出了挑战。

从终端氢气价格组成来看，氢气储运成本占总成本的 30%左右，经济、高效、安全的储运氢技术已成为当前制约氢能规模 应用的主要瓶颈之一。

氢能储运包括氢能储存和氢能运输两部分，氢能的储存方式决定了采用何种氢能运输方式。提高氢能储运效率，降低氢能储 运成本，是氢能储运技术发展重点。 氢能源汽车存储 5公斤的氢气，在 70MPa的压力下，存储系统的容量约为 200升，是当今燃油汽车中汽油箱容量的 3-4倍。

氢能的储运具有较大难度。一方面，氢气是世界上密度最小的气体，体积能量密度较低，扩散系数较大；另一方面，氢气的 燃点较低，爆炸极限宽，对储运过程中的安全性也有极高的要求。因此如何实现经济、高效、安全的储氢技术是氢能利用走 向实用化、产业化的关键。

氢能给压力容器行业带来新机遇

氢能产业的发展给压力容器行业带来新的发展机遇，一方面，氢能储运设备是氢能利用的重要基础设施，是促进氢能产业发 展的必要支撑。另一方面，氢能产业发展将推动临氢、超高压、超低温以及纤维缠绕复合材料、多层包扎结构设备的设计制 造、检验检测、风险评估等方面技术的发展和进步，也推动压力容器产业向高端、清洁、环保、高效方向的转型升级。但氢 能产业的快速发展也对压力容器技术要求提出了更高的挑战，目前一系列关键技术有待突破。

(1)氢能储运装备的材料方面亟待解决。目前高压氢气长管拖车、管束式集装箱、站用储氢瓶组等设备所用的高强钢既没有 制定标准，也没有成熟的材料可供选用，4130X钢已应用于 45MPa站用储氢瓶组，但其可靠性尚未得到充分验证，需要研 究提出高压临氢环境下设备选材的安全基本要求，开发专用材料。针对已有应用经验的 4130X 钢，仍需对其与高压氢气的 相容性进行系统研究以掌握氢脆受材料成分、组织、加工方法、氢分压等的影响规律，形成 4130X 钢用于高压氢气储运场 合的专项技术要求。对于 IV 型储氢气瓶，需要研发内胆专用塑料材料，建立材料性能指标体系等相应标准。

(2)氢能储运设备设计制造应不断创新。对于 IV 型瓶，其设计制造关键技术主要有内胆结构设计方法、有限元应力分析设计 方法、塑料内胆成型方法和工艺、内胆与瓶口密封结构设计方法等，需要研究解决结构尺寸的确定方法及其对气瓶安全性能 的影响、内胆与瓶口之间泄漏机理及影响因素、内胆常见缺陷及其成因和预防措施等科学技术问题，有待提出内胆成型、纤 维带压缠绕、树脂固化的工艺评定方法。

(3)储氢设备的型式试验能力还不全面，需加强试验环节以提高压力容器的安全性能。对 35MPa以上压力等级的车载氢气瓶， 按 GB/T 35544-2017 标准的要求，型式试验项目包括氢气循环试验，但我国目前还没有通过氢循环试验的产品，氢循环试 验装置技术复杂度高、投资大、建设周期长、建设难度大、后期维护成本高，我国仅有个别型式试验机构搭建了试验装置。

此外，为推进氢能储运设备的成熟发展，我们还需要对相应的氢能储运设备使用管理方面提出更高的要求，建立现代化管理 平台，通过搭载安全监控系统并构建基于全生命周期的大数据平台，实现储氢压力设备的“智能网联化”。

储氢瓶的核心材料逐步国产化

储氢瓶产业链可以简单划分为上游原材料和零部件，中游生产制造和下游终端应用三个环节。

其中，上游原材料包括铝材、钢材、碳纤维和树脂等，零部件包括各种金属阀门和各类传感器；中游生产制造设备和制造工艺等；下游则是在燃料汽车、氢气运输罐、加氢站等场景上的应用。

从车载储氢瓶材料成本来看，储氢瓶的成本主要集中在外部缠绕用的碳纤维复合材料。对于储氢质量均为5.6kg的35MPa、70MPa高压储氢IV型瓶成本构成来看，碳纤维复合材料成本分别占系统总成本的75%和78%。

根据DOE对车载高压储氢瓶项目的早期成本评估可以发现，无论是35MPa，亦或是70MPa，总体而言，III型高压储氢气瓶成本都要略高于IV型，其主要原因在于，III型瓶储罐采用大量金属铝材料。

与之相比，IV型瓶采用的高分子聚合物价格较低，聚合物用量也较少。Ⅲ型瓶向Ⅳ型瓶转变，是未来的发展趋势。

目前，高压储氢瓶用碳纤维主要采用T700级及以上规格。从企业碳纤维生产企业角度来看，目前碳纤维生产企业中，日本和美国依旧占据主导地位。

在储氢容器基础材料方面，罐体材料实现了国产化，但是高性能碳纤维材料被日本及美国垄断；东丽的碳纤维是全球车载储氢瓶企业的主要供应商，中国的车载高压储氢瓶碳纤维基本都来自东丽。

在储氢容器生产工艺方面，碳纤维缠绕设备与高压罐体加工设备仍需进口，整体国产化率约50%左右。

我国碳纤维经历近十年快速发展，重点龙头企业和单位突破了干喷湿纺技术，实现了T700、T800以及更高级别碳纤维核心技术和关键装备的自主化，并逐步拓宽了应用领域。

目前我国碳纤维企业主要以中复神鹰（688295.SH）、恒神股份、光威复材(300699.SZ)等企业为主。

目前，由于国内70MPa碳纤维缠绕IV型瓶的制备技术不成熟、规模化生产难度大，因此目前成本相对较高，抑制了IV型储氢瓶的需求。

据美国汽车研究理事会研究发现，当生产规模越大，储氢瓶成本也就越低。如当气瓶生产规模由1万套提高到50万套时，氢气瓶成本会下降20%。未来随着氢能源汽车的快速发展，储氢瓶成本有望下降。

此外，瓶口阀、减压阀等也主要依赖进口，未来这些关键材料和零部件将逐步实现国产化。

据《中国氢能产业发展报告2020》规划，2022年、2025年和2030年氢燃料电池车保有量分别为1万、10万和100万辆，氢燃料电池车将在客车、重卡、物流车等车型领域快速放量。

业内人士指出，2022、2025和2030年高压储氢瓶累计市场空间分别可达20亿、119亿和1118.4亿元，2026～2030年单年市场空间有望超过200亿。

车载高压储氢瓶是目前众多储氢设备中，技术相对成熟，已经具备商业化程度的一种储氢设备。受燃料电池车带动，车载高压储氢瓶在未来十年将迎来快速发展期。

IV型储氢瓶为发展方向

多家上市公司提前布局

目前，国内涉足氢气储运的上市公司主要包括中集安瑞科（中国香港上市）、京城股份、中材科技、亚普股份、龙蟠科技、富瑞特装、航天晨光等。

中集安瑞科前身为河北省燃气装备制造商“安瑞科”，2006年开始布局氢能业务，2007年并入中集集团，公司氢能业务聚焦“储、运、加”产业链深度布局，覆盖储氢瓶、供氢系统、加氢站和高压运输车等核心装备。中集安瑞科表示，计划设立年产能约10万个储氢瓶的生产线，生产包括III型35MPa和国际领先的IV型70MPa储氢瓶，布局中国及东南亚快速增长的高压氢气储运市场。

京城股份深耕气体储运装备业务二十余年，在2014年率先完成70MPa高压氢燃料车用储气瓶的开发，填补了国内这一级别储氢瓶技术空白。京城股份拥有亚洲地区最具规模的、技术水平最先进的铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶（III型）的设计测试中心及生产线，III型储氢气瓶已批量应用于氢燃料电池汽车、无人机及燃料电池备用电源领域。2021年5月，公司进一步推出具有完全自主知识产权的IV型储氢瓶，该产品与同规格III型瓶相比，重量可降低约30%，质量储氢密度更高，为氢燃料电池汽车提供了轻量化车载供氢系统新选择，这将有利于加快京城股份与国内知名整车厂对接的步伐，转化为更多订单。

中材科技成立于2004年，隶属于央企中国建材集团，目前在苏州、九江、济宁等地有四个制造基地，储氢瓶年产能7万只，已具备量产35MPa高压储氢气瓶的生产能力，这款储氢瓶主要应用于公交大巴车以及物流车等领域；70MPa储氢瓶正在推进认证工作。

亚普股份自主研发的III型35MPa车载储氢系统将搭载成渝“氢走廊”项目进行示范运行，后续将以此项目为载体，搭建完整的氢系统集成能力。技术路径稳步升级，围绕低成本碳纤维、燃料电池用碳纸和IV型储氢瓶无损检测等项目的产学研合作有序推进，自主研发的IV型70MPa小容积车载储氢瓶目前正在搭载整车台架进行相关性能验证。

以上公司大部分具备30MPa和35MPa的储存装置的生产能力，部分公司掌握70MPa的关键技术。

储氢市场规模有望超3000亿元

华泰证券预测，车载储氢瓶市场规模在2030年预计达到69亿美元，受中国市场庞大的重卡基数推动，十年内中国市场的车载储氢瓶市场份额预期提升至39%，成为全球最大的车载储氢瓶市场。考虑到一辆车车载气瓶在3-6个不等，如按规划2025年燃料电池车保有量为10万辆，则储氢瓶年需求约为30.95万个，2020-2050年中国储氢瓶市场规模合计有望达到3234亿元。

整个氢能源产业链，除了燃料电池电堆是关键设备外，车载储氢系统的应用推广也是氢能车商业化的重要突破口。业内人士称，未来3-5年，储氢瓶这一细分领域将迎来蓬勃发展，待到市场放量，产业链上市公司或将真正从“概念股”转向“业绩股”，提前布局的公司有望迎来新的业绩增长曲线。

文章来源：阿尔法工场，未来智库，东亚经贸新闻