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作者：郑贤玲
编辑：李铭沨
尽管氢能产业的热点关照更多的是燃料电池、加氢站和绿电制绿氢，然而，无论是国内外遭遇的氢气高价还是我们期待的氢能贸易，核心矛盾都指向储运。上世纪70年代，正是天然气管道和LNG技术的成熟推动了全球天然气贸易的规模化，由于氢能的物理性质与化学性质的特殊性，氢气管道和液氢显然都不是天然气管道和LNG的简单复制，但相比天然气，氢气的化学性质使得其运输有更多的解决方案。
主要储氢方式及优劣势比较
储运方式包括物理储氢和化学储氢。物理储氢有低压、高压或低温储氢，对应的是管道储氢、高压管束运氢和液氢槽罐运输等，这是目前世界上最普遍的储氢方式，但安全性要求很高；化学储氢是将氢气以化合物或金属吸附的方式储存、运输，到应用端通过催化剂将氢气裂解出来，常用的方法包括液氨、甲醇、有机液体储氢（LOHC）和固态储氢。
图1 主要储运方式
（一）高压储氢。最成熟的储运方式还是高压储氢，通过压缩机将氢气注入20MPa以上的长管拖车，目前世界上惯用标准有20MPa、30MPa和52MPa。国内市场2022年从20MPa过渡到30MPa，一次装车储氢量从300kg提高到600kg，如果提升到52MPa，则一辆管束车可以运输氢气1000kg左右。氢气储运的压力或物理形态与加氢站、车辆储氢系统的配套需保持一致，否则实际应用需要根据氢气形态做转换。
（二）管道输氢。管道运输对产氢和用氢比较集中的项目在适当的距离具有经济性，到2022年，全球输氢管道总长约5050km，其中美国的氢能管道网络建设最为发达，约2700km占50%左右，欧洲1770km。欧洲于2020年7月提出的欧洲氢能主干管网规划，目前已经扩展到28个国家地区的31家天然气基础设施公司，计划到2030年建成5个泛欧氢气供应和进口的氢走廊及近28,000公里的输氢管道，到2040年建立一个约53.000公里的氢气输送管道网络。
我国已建成纯氢输氢管道五条共106km，其中玉门油田输氢管道5.77km、巴陵－长岭输氢管道42km、济源－洛阳输氢管道25km、金陵-杨子输氢管道32km、宁东基地首条入廊氢气管道1.2km；筹建再建管道超过2000km，其中中石化规划从乌兰察布到燕山石化的氢气管道，途经内蒙古、山西、河北、北京、天津五个行政区，初始输氢能力10万吨/年，计划扩大到50万吨/年，总里程达到1150km。另一条计划中的纯氢管道从张家口经承德和唐山到曹妃甸港的737km的氢气管道计划投资额约8.45亿美元；此前还有定州－高碑店164.7km、辽通纯氢示范应用7.8km、达茂-工业园区氢管道工程159.07km。中石化旗下管道公司计划到2050年将输氢管道网络拓展到6000km。
（三）液氢。氢气在零下253℃会以液态形式存在。因此，可以使用深冷的液氢储存技术——低温液态储氢。低温液态储氢先将氢气压缩，在经过节流阀之前进行冷却，经历焦耳-汤姆逊等焓膨胀后，产生混合液体，将液体分离后继续进行上述循环，得到高纯液氢。
液氢储存具有较高的体积能量密度，因此特别适宜于储存空间有限的运载场合，如航天飞机用的火箭发动机、汽车发动机和洲际飞行运输工具等。若仅从质量和体积上考虑，液氢储存是一种极为理想的储氢方式。第一批液化氢（LH2）于2022年从澳大利亚运往日本，2022年和2024年又进行了两次运输。
（四）固态储氢。固态储氢是利用了氢气的“氢脆”原理，将氢气吸附在一些具有特殊的材料原子之间的空隙，或生成金属氢化物（如MgH2）到使用的时候通过加热或催化方式把氢原子放出来，目前主流的固态储氢有金属镁、钒、钛、稀土和复合储氢合金等。因为金属储氢避免了高压，储运过程比较安全。国外早期固态储氢直接用于燃料电池汽车。现阶段国内上海交大丁文江院士、北京有色金属研究院蒋利军教授、西安交大成永红教授不同技术路线的固态储氢均进入示范应用阶段。
（五）甲醇和氨储运方式。这是基于氢的化合物可逆反应原理来实现氢气储存和脱氢的过程，其中甲醇和氨是最常用的含氢化学品，具有成熟的合成工艺，且甲醇和氨都可以分解出氢气，亦可以作为直接的清洁燃料。2022年以来，全球能源转型和可再生能源消纳使得绿电制绿氢成为热点，国内外电氢耦合项目纷纷上马，这使得绿氨和绿色甲醇也成为氢能储运的重要载体。
（六）有机液体储氢。有机液体储氢技术（Liquid Organic Hydrogen CarriersTechnology，缩写“LOHC”），是指借助不饱和有机液体与氢的可逆反应实现储氢的一种技术，以液态饱和键化合物形式实现常温常压下的氢能储运。通过加氢反应吸收氢，再通过脱氢反应释放氢。这种技术利用了不饱和液体有机物（如烯烃、炔烃或芳香烃等）与氢气之间的可逆化学反应，从而实现氢的储存和运输。
表1 各种液态储氢方式比较
资料来源：根据公开资料整理，产业观察者
有机液体储氢的核心优势
有机液体储氢技术分为储氢和放氢两个过程：储氢过程中，氢气与储氢载体（贫氢液）通过储氢反应器在催化作用下生成富氢液，用于氢的存储和运输。
在加氢过程中，氢气被加入液态储氢载体中，形成可在常温常压条件下稳定储存的储氢有机液体化合物。随后，这些加氢后的储氢有机液体通过普通的槽罐车运输到用户端，采用类似汽柴油加注的方式，安全、简单地加注到储氢有机液体储罐中。
最终，在脱氢过程中，储氢有机液体通过催化脱氢反应释放出氢气，反应产物经气液分离后，氢气输送至燃料电池等用氢端，脱氢后的液态载体进行热量交换后进行回收，循环利用。
这种储氢方式具有高储氢密度、高安全性、可跨洋运输和长周期储存等优点，被认为是当前研究的热点，也是最具发展潜力的氢气储运技术之一。此外，由于储氢材料为液态有机物，可以实现常温常压运输，方便安全，且与常规液体燃料的物理相似性，使得有机液体储氢技术在现有基础设施内具有容易使用和方便运输的潜力。
有机液体储氢适合绿氢生产场地现场制氢、海上风电制氢和国际贸易之间的输运， 对于现场储氢来说，有机液体储氢与高压储氢比，主要是要占地面积、成本和安全性几个因素来决定的；而国际贸易氢储运往往选择液态储运的方式，主要是与氨、液氢、甲醇等在基础建设、安全性、成本方面的比较。
1. 大规模储氢的安全管理问题
气态储氢超过5吨储量就会被认定为易燃易爆重大危险源，气态储氢罐在设计、制造和运行过程中对于质量和管理体系有极高的要求，意外事件和人为失误也可能导致安全风险，尤其在规模扩大之后风险可能叠加。因此本质安全是储氢系统发展的重要方向，而有机液体储氢是能够实现大规模储氢的本质安全方案。咔唑储氢液（包括贫氢液和富氢液）火灾风险等级为丙B类，常温常压存储，安全性优于柴油，因此非常适合氢气的大规模长时存储。
2. 储氢容量限制问题
2022年11月发布的GB-50177《氢气站设规则规（征求意见）》中，对于氢气储量50万方以上的防火间距要求缺失，同时超大规模的气态储氢在各地监管部门也普遍存在审批压力，使得部分项目的储氢量设计无法达到最优规模，影响项目的经济性甚至可能影响化工运行的连续性。有机液体储氢可以将氢气转化为安全的化学品，按照丙B类物质管理，因此可以大幅度提高储氢量，易于获得监管批准。
3、容量可扩展性和运输的灵活性
由于气象条件的年际变动，以及风光出力的预测不准确性，实际运行阶段可能会需要比规划阶段更大的储氢量。有机液体储氢系统通过增加储氢液，便可以快速、低成本扩大储氢容量，以满足实际运行的需求。另一方面，当产生的绿氢富余，需要往外输送时，有机液体储氢由于其高储氢密度和本质安全的特性，可以使用普通槽罐车进行长距离运输，大幅降低运输成本，将氢气的销售半径扩大到数百公里范围。
国外LOHC主要企业及产业化进度
有机液体储氢技术最早可追溯到1975年，由O.Sultan和M.Shaw首次提出利用甲苯等芳香化合物作为储氢载体，实现氢气的可逆存储，开辟了储氢技术研究的新方向。
1、日本千代田。使用LOHC的氢气国际运输于2020年首次演示，使用罐式集装箱从文莱达鲁萨兰国到日本，并于2022年沿着同一路线再次演示，但这次是在化学品油轮上。2022年2月，日本千代田表示基于公司甲苯/甲基环己烷（MB/MCH）体系储放氢技术，日本先进氢能链技术发展协会（AHEAD）已经实现了世界第一个LOHC海上运氢项目，该项目采用千代田化工公司的SPERA方案，在文莱建设天然气重整制氢、LOHC加氢工厂，在川崎ENEOS炼油厂建设LOHC放氢工程，通过海上油轮与有机储氢载体，为日本国内提供氢气。
除千代田外，日本赫林也在研究甲苯储氢的技术路线。
2、德国HT。德国Hydrogenious Technologies（简称HT）自2013年起致力于有机液体储氢技术的研发和推广，其技术已经被正式纳入欧洲委员会IPCEI“绿氢@蓝色多瑙河”项目，计划在欧洲建造一个每年1000-2000吨绿色氢气存储和释放工厂。
在中东地区的绿氢项目中，为实现将绿氢从阿曼运输到欧洲，业主和技术合作方也将使用有机液体储氢技术作为储氢载体。2022年7月，世界上首个给予LOHC技术加氢站在德国埃尔兰根落地并投入使用，HT还与Frames集团、MAN能源解决方案公司合作为欧洲第一座工业规模的LOHC储氢工厂（5t/d）提供设计方案。
HT公司已累计融资数亿欧元，投资者包括英美资源、挪威石油、淡马锡、现代汽车、三菱、雪佛龙、JERA（日本最大发电公司）、荷兰皇家孚宝（全球最大的第三方石油化工仓储服务商）等，是目前欧洲地区技术和规模最大的LOHC企业。Ship-aH2oy公司得到欧洲 气候基础设施和环境执行机构拨款1500万欧元，用户支持LOHC技术在船上的开发和应用推进项目的顺利进行，该项目结合LOHC技术和固体氧化物燃料电池（SOFC）技术，将开发的LOHC/SOFC动力方案应用于Edda Wind的调试/服务操作船（C/SOV）上进行示范应用，与传统内燃机相比优势明显。
2024年7月，德国联邦经济部长罗伯特·哈贝克和巴伐利亚州经济、区域发展和能源部部长马克思·维特曼博士正式向Hydrogenious LOHC Infra Bavaria（Hydrogenious LOHC Technologies的子公司）颁发了7250万欧元的拨款通知，用于“Hydrogen@Blue Danube蓝色多瑙河绿色氢能”项目。
3、美国霍尼韦尔。2023年4月11日，美国伊利诺伊州德斯普兰斯霍尼韦尔推出液态有机氢载体（LOHC）解决方案，已实现清洁氢长距离运输。公司称，这种具有成本效应的解决方案可以沿用现有的炼油和运输设施，帮助满足各行各业日益增长的氢能使用需求。
在霍尼韦尔LOHC解决方案中，氢气通过UOP甲苯饱和工艺以化学方式合成与现有设施相同的便捷液态载体，随后用汽油或类似烃类相同的方式运输。载体运达目的地后将通过UOP甲基环己烷脱氢工艺从载体中回收氢。现有的闲置炼油资产可以进行改造使用，以释放液态载体中的氢，满足各种商业级工业使用。霍尼韦尔LOHC解决方案使用的载体不仅易于获得，且需补充较少。
国内LOHC探索
1、中国船舶集团有限公司第七一二研究所。中船七一二所前期已完成单套40千瓦级有机液体供氢模块样机设计开发，突破了高效催化燃烧供热、供热－脱氢一体化反应器设计、反应器封装等多项关键技术。后期将逐步推进有机液体储氢在绿色船舶、规模化氢气储运、海洋氢能等领域推广应用。
2022年2月：中船712所自主研制的国内首套120kW级氢气催化燃烧供热的有机液体供氧装置完成调试，并实现与燃料电池系统匹配供氢。
2、武汉氢阳能源控股有限公司。2014年国内第一家有机液体储氢技术研发公司。拥有多项全球首创成果。公司研发生产储氢、脱氢装置及车载有机液氢供氢系统，为氢燃料电池、氢内燃机、化工过程加氢等用氢企业提供氢源供应。
2018年12月，公司在湖北宜昌完成建设全球第一个常温常压液态有机储氢材料工厂，向公司和合作伙伴提供1000吨级储油的生产供应。2022年4月，储油二期建设项目正式启动。同年11月，日产氢气400kg的撬装式供氢设备在氢阳能源厂区调试成功并发送客户。
中国化学键投公司联合氢阳公司，在北京与上海金山分别建立日供氢400kg，相距1463km的加氢、运氢、脱氢一体化示范应用装置，经过三次试车，对脱氢规模、脱氢速率、脱氢效率、单位能耗及氢油损耗等关键指标进行了验证，已达到设计水平。2023年7月6日，中国化学键投公司联合氢阳公司打造的全球首套常温常压有机液体储氢加注一体化示范项目在上海碳谷绿湾产业园（原上海金山第二工业区）成功完成全流程贯通。
公司称，相较于德国的二苄基甲苯和日本的甲基环己烷液体，其在稳定性、安全性、纯度、成本等方面具有明显优势。
3、陕西氢易能源科技有限公司。基于西安交大化工学院方涛教授团队多年研究成果为基础成立的储运氢技术公司，已搭建起涵盖储放氢催化剂、有机氢载体、储放氢装置等领域的全链条研发平台。
今年4月，氢易能源完成了数千万元Pre-A轮融资，主持实施了基于自主催化技术的10m3/h级芳杂环可逆储放氢中试试验。6月，氢易能源年产万吨有机液体储氢材料及配套催化剂项目工厂正在进行设备安装，预计在季度末将实现投料试产。项目投产后，随着产能逐步释放，将实现每日30吨氢的储运能力。8月，氢易能源还与陕西氢能产业发展有限公司签署战略合作协议，进一步推动有机液体储氢技术的商业化应用。
4、海望氢能。北京海望氢能专注于有机液体储氢技术，研发了多种储氢载体材料、脱氢催化剂及反应工艺包，并提供撬装式储氢制氢装备与厂站式储氢制氢工程方案。公司已经投建北京的研发基地、宁东咔唑中试基地及咔唑规模生产工厂、盐城的设备生产基地、并在白城绿氢项目上实现了加氢－脱氢的运行测试。
海望氢能在有机液体储氢领域掌握了独有的载体合成技术、催化剂技术和工程工艺技术，相关技术成果获得石油化工联合会“国际领先”以及“国际先进”的成果评价。海望氢能在吉林白城完成了有机液体储氢装置的建设，并于2023年10月成功运行，标志着大规模有机液体储氢技术的工业化得到了验证。
5、中氢源安。2023年2月，中氢源安安全有机液储运氢技术的首个纯氢建筑领域供热示范项目，在北京市石景山区已全面落成。2023年6月，中氢源安与北京热力集团联合开展了首个基于安全有机液储运氢技术的纯氢供热示范项目。
6、合肥理谷新能源有限公司。2024年7月，合肥理谷新能源有限公司近日完成数千万元Pre-A轮融资。本轮融资用于有机液体储运氢商业示范线的建设。目前公司已完成有机液体储运氢小规模中试连续8000小时的评价实验，脱氢催化剂的反应选择性、转化率、寿命均达到大规模产业应用的标准，项目开始转入商业示范和产业推广阶段。
7、瀚锐氢能科技集团有限公司。2023年6月，瀚锐氢能集团“液态有机储氢加氢站供氢示范项目”开工仪式在佛山市南海区丹灶举行，该项目是国内首个通过液态有机储氢技术为加氢站供氢。自主研制安全无毒有机液体60kg/d吸氢及 125kg/d放氢装置，并应用在泸定氢能科技园区项目。
在实际应用场景中，有机液体储氢除了日本在国际贸易中的试用，国内企业探索与球罐配合使用。其中，气态储氢球罐负责短时波动平滑，有机液体储氢负责时间时的深度调节，以应对长时间风光发电不足，维持系统持续运行，并减少下网电的使用。
中国N-乙基咔唑方案成本更低
根据国际可再生能源署(IRENA）的测算和比较，采用甲醇、有机液体、氨和液氢，不同在运输方式耗能的环节不同，其中液氢主要是在转换环节，甲醇、氨和LOHC在合成和脱氢环节都需要消耗较高的能源，其中LOHC以国外的甲苯和二苄基甲苯为样本，脱氢温度300℃以上。
注：*假设由H2和CO2催化合成e-甲醇。当有自由废热和二氧化碳可用时，不需要额外的能源（低端），而在高端，二氧化碳是通过直接空气捕获（DAC）获得的，使用“液体DAC”的能源使用量为6.6 GJ/tCO2 （IEA, 2023b）。
MJ/kgH2 =兆焦耳/千克氢源：(IRENA, 2022f；IRENA和AEA, 2022；IRENA和甲醇研究所，2021；oy, 2022)。
图3 通过不同的载体运输氢气的能源成本
注:IRENA选择的LOHC为国外技术路线。
目前世界上LOHC主要有三条技术路线：甲苯、二苄基甲苯和N-乙基咔唑三条技术路线，其中甲苯产能充分，价格低廉，脱氢温度高（≥320度），损耗大，脱氢纯度低，工艺复杂，属危化品；二苄基甲苯能满足作为储氢载体材料各方面基本要求；N-乙基咔唑作为储氢载体性能优异，脱氢能耗最低，但原材料难以获得，价格高昂，资源受限。
表2 LOHC三种技术路线比较
在这一领域，我国企业正探索N-乙基咔唑路线，力图在LOHC技术路径上实现更多突破。
图 4 三种有机液体储氢的比较
