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儲氫瓶:推開萬億氫能賽道的第二重門

2022-04-11 17:20
阿爾法工場
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燃料電池車帶動,車載高壓儲氫瓶在未來十年將迎來快速發(fā)展期。

門,是一種保護,一層遮掩,一個界限。

推門這個動作帶來的意義則更為深遠,代表著進入了一種狀態(tài),進入了另外一個領域。這個動作融入到我們日常生活中的點點滴滴。

上班族每日需要推開家門,推開公司大門。學生每日需要進入校門,推開教室門。

人的一生當中,同樣需要推開許多重要節(jié)點的門,如學業(yè)、事業(yè)、家庭等等。

掌握了技巧方能順利開啟,探究其中之奧妙,掌握人生真諦。相反,不得其法的后果常常是碌碌無為、雞飛狗跳,心神俱疲。

成功的秘訣在于認知能力的提升,而知識的積累是前提。

如此,方能推開多重門窺探事物的本質,積累知識、提升認知已然成為了一種客觀邏輯。

繼日前創(chuàng)作的——《推開萬億氫能賽道的第一重門之制氫篇》后,現(xiàn)推出續(xù)集——《推開萬億氫能賽道的第二重門之儲運篇》。

01 關鍵核心儲氫瓶

首先,還是得回到產業(yè)鏈條中。上一篇,我們主要對制氫技術的發(fā)展現(xiàn)狀,以及未來的技術路徑進行了分析,本篇繼續(xù)沿著產業(yè)鏈對儲氫、加氫進行研究。

儲氫這條細分產業(yè)鏈當中,有一個環(huán)節(jié)最為關鍵。它是運輸過程中的載具容器,也是加氫站的儲存設備,氫能源車沒有它,也談不上有燃料儲備。

這個環(huán)節(jié)便是儲氫瓶?梢哉f,儲氫瓶上連氫氣制造,中承氫氣存儲,下接氫氣應用。

然而,相較于石油、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料,氫氣在儲運環(huán)節(jié)具有天然的劣勢,發(fā)展進度緩慢。

學習過中學化學的讀者都清楚,氫是周期表中排名第一的元素,氫氣的質量小,密度低,它的性質非;钴S,既容易泄漏,也容易爆炸。

容器的構造和強度往往取決于所承裝物質的物理屬性和化學屬性。

對于這樣一種氣體,儲運顯然非常麻煩,即使沒有危險發(fā)生,也會造成相當程度的成本不經濟。

我們可以通過一個例子簡單理解——運輸一車氫氣,瓶子重量在95%以上,需求的氫氣只有5%,而且不能長距離運輸。所以這是一筆不劃算的生意。

解決問題的關鍵,正在于儲氫瓶這個設備。而它的技術路徑,則需要面對氣態(tài)儲運、液態(tài)儲運以及固態(tài)儲運三種方式。

通過技術領域的摸索,對這三種方式進行簡單比較,可以大致得到一些確定性的結論。

氣態(tài)儲運的成本較低、充放氫速度較快,但儲氫密度與運輸半徑較為有限,所以適用于短途運輸。

氫氣氣態(tài)的經濟運輸半徑局限在200公里以內,50公里以內每公斤氫運輸成本為2塊錢,0-100公里運輸成本為4塊錢/kg,運輸壓縮氫氣的魚雷車每車僅可運300kg。

相比之下,中長距離大規(guī)模運輸,主要考慮管道和液氫運輸方式。液態(tài)儲運的儲氫密度較大,但設備投資與能耗成本較高;固態(tài)儲運則在潛艇等特殊領域有所應用,整體仍處于小規(guī)模試驗階段。

就目前而言,氫氣主流的運輸方式,仍然是高壓氣態(tài)存儲。顯而易見,氫氣的儲運,必須要在儲運瓶裝更多的氫氣。這其實指明了氫氣運輸?shù)穆窂健绾卧黾託錃鈫挝惑w積密度。

要運輸盡可能多的氫氣,需要采取更大的壓強將氫氣裝入氫氣瓶,車載高壓儲氫瓶的壓力一般為35~70兆帕,我國現(xiàn)階段主要采用35兆帕,70MPa也已經逐步進入商用。

可能部分投資者對這個量級有些陌生,其實不難理解。

35MPa就是相當于350公斤體重級別的選手采用金雞獨立的姿勢只用大腳趾做支撐,踩在1平方厘米大的地方產生的力量。或者可以想象成你用你的一根手指頭就能將當年壓死秦武王的鼎給抬起來。

我們顯然清楚,這對材料的耐壓強度提出了何等苛刻的要求。

此外,在耐壓的同時,由于運輸過程中瓶子重量不能占據(jù)太大的比例,所以無法把瓶體做得既厚且重,而是需要更換輕質材料。

因此,氫能瓶的技術方向,其實非常清晰:耐壓和減重。它需要企業(yè)從儲氫密度、輕量化等角度考慮,提升技術及相應材料。

目前從技術角度看,高壓氣態(tài)儲氫容器主要分為純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內膽纖維纏繞瓶(III型)及塑料內膽纖維纏繞瓶(IV型)四級別產品。

數(shù)據(jù)來源:DOE

在這四個級別的產品之中,I型、II型產品技術最早被應用,但限于材料限制,儲氫密度低,質量重、且安全性較差,無法在35MPa條件下工作,因此已經逐步淡出市場。

相較而言,當下的主流在于III型、IV型產品,由于這兩類產品的內膽和保護層,在材料和工藝上更為先進,使得氣瓶質量輕,儲氫密度高,安全性好。

因此,從應用場景來看,I型和II型主要用在加氫站等固定儲氫上面,III型和IV型主要用在氫燃料電池汽車上。

而對III型、IV型產品進行對比,同樣存在著技術上的差異——IV型在制作過程中內膽采用樹脂,成本大幅優(yōu)于采用鋁材料的III型,在未來70MPa標準趨勢下,IV型產品的降本效應更為明顯,其壽命也要長于III型。

不過,IV型產品雖優(yōu),卻也存在著技術上的難題——由于采用樹脂內膽,使得安全性大幅降低,耐熱性、氫氣滲透、容易破裂,密封等等問題對制造工藝,復合材料的開發(fā)提出了重重挑戰(zhàn)。

當下,中國車載儲氫瓶主要為III型(鋁內膽纖維纏繞),IV型(塑料內膽纖維纏繞)仍處于研發(fā)階段。而日、美等國家開發(fā)的車載儲氫瓶產品多為IV型,部分國家甚至已經開始研發(fā)V型儲氫瓶,即無內膽纖維纏繞,在此領域,國內仍屬空白。

比較而言,可以得出一個結論,這是一個先到先得的市場競爭形態(tài)——誰先掌握了IV型的核心技術,在未來千億的市場空間就會先人一步,率先搶占市場份額和超額收益,也能實現(xiàn)推動氫能發(fā)展的雙贏。

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