中國戰略新興產業融媒體記者 陳雯

根據IEA（國際能源署）發布的報告，2022年氫氣需求達到歷史新高，但仍集中在傳統應用領域。全球氫氣使用量在2022年達到9500萬噸，同比增長近3%。除歐洲外，所有主要消費地區的氫氣使用量均有強勁增長。預計2050年全球氫氣市場將擴張到5-8億噸。

縱觀全球各國在氫能儲運方面的布局，大型氫儲運項目是氫能源最重要的基礎設施。

· 液氫路線。

日本和澳大利亞建立了液氫示范項目。2019年12月，日本的首條液化氫運輸船Suiso Frontier正式下水。2022年1月，Suiso Frontier搭載澳大利亞制備的液氫首次抵達日本神戶。這是全球首次通過液化氫大規模海上運輸氫氣。Suiso Frontier運輸船全長116米，總噸位約8000噸，船上搭載了特制的儲氣罐，能儲存近1250立方米的液化氫，相當于大約75噸液氫。

· 液化有機氫載體（LOHC）路線。

MCH（甲基環己烷）是最有潛力的有機氫載體。

日本和文萊建立了基于MCH的示范項目。2019年11月，文萊的氫化工廠開業，2020年正式投入運營。氫氣在文萊的加氫廠通過化學反應將氫和甲苯轉化為MCH。MCH通過海上運輸送到日本，在川崎的脫氫工廠，再次轉換成氫和甲苯。MCH的主要缺陷是能量損失大，現在使用MCH載氫的能量損失達到35%-40%。

· 氨路線。

日本和沙特的合作主要以氨為載體。2020年，沙特阿美和沙特基礎工業公司合作，向日本輸送了世界首批低碳氨。2022年，沙特阿美和沙特基礎工業公司獲得了世界首個低碳氨的產品認證。2023年，日本首相岸田文雄訪問沙特，與沙特王儲穆罕默德·本·薩勒曼舉行會談，雙方簽署了開發清潔氫氣、生產氨和再生燃料的協議。

氨是有潛力的載氫材料。氨比氫氣更容易液化，常壓下氨氣在-33℃可以液化，且同體積的液氨比液氫多至少60%的氫。氨的儲運基礎設施完善，10000公里的航運成本大約可以做到每噸260元。

氨有一個好處是可以直接使用。氨本身就是一種大宗化工產品，全球氨的產量約2.53億噸，其中八成以上的氨用于生產化肥。如果不把綠氨視為綠氫的載體，而直接視為一種工業原料，也就不用進行“氫-氨-氫”的轉換。這種情景下，氨的遠程運輸就變得有經濟性。另外，各國也在研究氨直接燃燒發電的技術，從而省去脫氫的成本。

不同于日本，歐洲及周邊地區本身具備一定的風光資源，具備制備綠氫的條件。在北海、波羅的海、北非、中東，都可以實現較低的綠氫制備成本。北歐地區有較為豐富的風電資源，適合用風電制氫；而北非、中東地區有豐富的光照資源，適合用光伏制氫。

目前全球純氫管道總長度約5000公里。歐洲管道投資規模預計在800億-1430億歐元，在2025-2031年預計建成31060公里的氫氣管道。到2040年，歐洲氫管道會達到53000公里，其中40%是新建氫氣管道，60%依靠原本天然氣管道的改造。

歐洲使用管道運輸氫氣的成本顯著低于液氫、氨和LOHC的方案。以從北非運輸為例，從北非運輸到西北歐的運輸距離大約3000公里，使用48英寸管道運輸，成本大約為每千克0.4-0.5美元。考慮運輸成本后，從北非通過管道運輸氫氣的成本依然低于每千克3美元，是成本最低的方式。

此外，美國計劃10年內將綠色氫成本降低80%至每千克7元。這一目標頗具挑戰，但如果實現，則以氫代氣具備經濟性。

和歐洲一樣，中國也需要解決氫氣的遠距離運輸問題，管道運輸成為了選擇。

目前中國氫氣管道里程約400公里，在用管道僅有1/4左右，已建成氫氣管道多是用于短距離的工業用氫傳輸。

新建管道建設周期長，天然氣管道摻氫可以利用現有管道，更快應用于氫氣輸送。中國現有天然氣管道長度達到11萬公里，使用天然氣摻氫技術可以充分利用現有的天然氣基礎設施，降低氫氣運輸成本。

目前，天然氣摻氫的應用已經在技術上被初步驗證。在民用領域，在低于20%體積分數的摻氫比例下，摻氫天然氣在家用燃氣具中燃燒的點火率、火焰穩定性與煙氣排放性能全部合格而未發現安全性問題。在工業領域，國家電投旗下的荊門綠動能源有限公司在2022年9月成功實現30%摻氫燃燒改造和運行。僅荊門一臺54兆瓦燃機，在摻氫30%的情況下，每年即可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

天然氣摻氫的核心是經濟性。氫氣單位體積的熱值大約是天然氣的1/3，理論上只有氫氣的體積成本低于天然氣的1/3，天然氣摻氫才具有經濟性。

當前我國居民天然氣有價格管制，盡管海外LNG價格在2022-2023年曾一度飆升，但國內居民氣價保持穩定。天然氣門站價格按照2元/立方米估算，假設居民氣價上浮20%，需要氫氣成本低于0.8元/立方米（9元/千克）。這遠低于現階段綠氫大約20元/千克的成本。

· 液氫裝備：快速追趕，有所突破。

中國在液氫裝備技術上和海外有較大差距。大規模氫液化裝置都采用氫膨脹循環制冷工藝。而全球范圍內，掌握氫膨脹循環液化技術的僅有美國空氣產品公司、德國林德集團和法國液化空氣集團。中國的液氫設備主要來自林德和法液空。目前航天六院101所、中科富海等在液氫制取設備取得了部分技術成果。中集圣達因、南京航天晨光等在液氫儲存設備取得一定進展。

中國航天科技集團有限公司六院101所研制的中國首套自主知識產權的氫液化系統2021年調試成功，包括透平膨脹機、控制系統、壓縮機、正仲氫轉化器等核心設備在內的90%以上的設備完全采用國產。該項目設計液氫產量為1.7噸/天，實測滿負荷工況產量為2.3噸/天。

中科富海成立于2016年，是以中科院理化所兩代院士、四代人歷經六十年形成的大型低溫工程技術成果為核心而成立。2022年，中科富海首套具有自主知識產權的氫液化裝置在安徽阜陽調試成功，順利產出液氫產品。2023年，中科富海液氫裝置成功出海。

另外，中集安瑞科旗下公司中集圣達因、南京航天晨光已經突破了300立方米的球形液氫儲罐。

目前，美國最大的液氫球形儲罐為4700立方米，相比之下，中國還有不小的差距。

· 氫管道：具備成本優勢。

管道除了要選擇抗氫脆、高強度的材料外，還需要優化焊接工藝，提高成型精度。目前主要參與者為中石油、中石化下屬公司，如中石油寶雞石油鋼管、中石油華油鋼管、巨龍鋼管、渤海裝備等。2023中國國際石油石化技術裝備展覽會上，石化機械也展出了研發的輸氫管道。

氫管道還有一個技術路線是柔性增強塑料管道（FCP），國內尚無規模化應用的案例。

· 大型干線壓縮機：仍然需要進口。

氫氣密度比天然氣更小，對管道的大型壓縮機提出更高要求。當前國內主要采用往復式壓縮機，主要生產廠商包括美國英格索蘭、瑞士蘇爾壽等。國內企業一方面在布局往復式壓縮機國產化，另一方面也在探索離心式壓縮機的技術路線。

· 加氫壓縮機：國產替代正當時。

壓縮機作為加氫站最為核心的設備，對安全性和可靠性要求極高，一度使進口壓縮機占比在70%以上。近年來，隨著國產品牌技術迭代、產品性價比，進口壓縮機占比已下降到約50%。（綜合編輯）