儲(chǔ)氫瓶:推開(kāi)萬(wàn)億氫能賽道的第二重門(mén)
受燃料電池車(chē)帶動(dòng),車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶在未來(lái)十年將迎來(lái)快速發(fā)展期。
門(mén),是一種保護(hù),一層遮掩,一個(gè)界限。
推門(mén)這個(gè)動(dòng)作帶來(lái)的意義則更為深遠(yuǎn),代表著進(jìn)入了一種狀態(tài),進(jìn)入了另外一個(gè)領(lǐng)域。這個(gè)動(dòng)作融入到我們?nèi)粘I钪械狞c(diǎn)點(diǎn)滴滴。
上班族每日需要推開(kāi)家門(mén),推開(kāi)公司大門(mén)。學(xué)生每日需要進(jìn)入校門(mén),推開(kāi)教室門(mén)。
人的一生當(dāng)中,同樣需要推開(kāi)許多重要節(jié)點(diǎn)的門(mén),如學(xué)業(yè)、事業(yè)、家庭等等。
掌握了技巧方能順利開(kāi)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(wú)為、雞飛狗跳,心神俱疲。
成功的秘訣在于認(rèn)知能力的提升,而知識(shí)的積累是前提。
如此,方能推開(kāi)多重門(mén)窺探事物的本質(zhì),積累知識(shí)、提升認(rèn)知已然成為了一種客觀(guān)邏輯。
繼日前創(chuàng)作的——《推開(kāi)萬(wàn)億氫能賽道的第一重門(mén)之制氫篇》后,現(xiàn)推出續(xù)集——《推開(kāi)萬(wàn)億氫能賽道的第二重門(mén)之儲(chǔ)運(yùn)篇》。
01 關(guān)鍵核心儲(chǔ)氫瓶
首先,還是得回到產(chǎn)業(yè)鏈條中。上一篇,我們主要對(duì)制氫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,以及未來(lái)的技術(shù)路徑進(jìn)行了分析,本篇繼續(xù)沿著產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)儲(chǔ)氫、加氫進(jìn)行研究。
儲(chǔ)氫這條細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中,有一個(gè)環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵。它是運(yùn)輸過(guò)程中的載具容器,也是加氫站的儲(chǔ)存設(shè)備,氫能源車(chē)沒(méi)有它,也談不上有燃料儲(chǔ)備。
這個(gè)環(huán)節(jié)便是儲(chǔ)氫瓶?梢哉f(shuō),儲(chǔ)氫瓶上連氫氣制造,中承氫氣存儲(chǔ),下接氫氣應(yīng)用。
然而,相較于石油、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料,氫氣在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)具有天然的劣勢(shì),發(fā)展進(jìn)度緩慢。
學(xué)習(xí)過(guò)中學(xué)化學(xué)的讀者都清楚,氫是周期表中排名第一的元素,氫氣的質(zhì)量小,密度低,它的性質(zhì)非;钴S,既容易泄漏,也容易爆炸。
容器的構(gòu)造和強(qiáng)度往往取決于所承裝物質(zhì)的物理屬性和化學(xué)屬性。
對(duì)于這樣一種氣體,儲(chǔ)運(yùn)顯然非常麻煩,即使沒(méi)有危險(xiǎn)發(fā)生,也會(huì)造成相當(dāng)程度的成本不經(jīng)濟(jì)。
我們可以通過(guò)一個(gè)例子簡(jiǎn)單理解——運(yùn)輸一車(chē)氫氣,瓶子重量在95%以上,需求的氫氣只有5%,而且不能長(zhǎng)距離運(yùn)輸。所以這是一筆不劃算的生意。
解決問(wèn)題的關(guān)鍵,正在于儲(chǔ)氫瓶這個(gè)設(shè)備。而它的技術(shù)路徑,則需要面對(duì)氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)以及固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)三種方式。
通過(guò)技術(shù)領(lǐng)域的摸索,對(duì)這三種方式進(jìn)行簡(jiǎn)單比較,可以大致得到一些確定性的結(jié)論。
氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的成本較低、充放氫速度較快,但儲(chǔ)氫密度與運(yùn)輸半徑較為有限,所以適用于短途運(yùn)輸。
氫氣氣態(tài)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑局限在200公里以?xún)?nèi),50公里以?xún)?nèi)每公斤氫運(yùn)輸成本為2塊錢(qián),0-100公里運(yùn)輸成本為4塊錢(qián)/kg,運(yùn)輸壓縮氫氣的魚(yú)雷車(chē)每車(chē)僅可運(yùn)300kg。
相比之下,中長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸,主要考慮管道和液氫運(yùn)輸方式。液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的儲(chǔ)氫密度較大,但設(shè)備投資與能耗成本較高;固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)則在潛艇等特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用,整體仍處于小規(guī)模試驗(yàn)階段。
就目前而言,氫氣主流的運(yùn)輸方式,仍然是高壓氣態(tài)存儲(chǔ)。顯而易見(jiàn),氫氣的儲(chǔ)運(yùn),必須要在儲(chǔ)運(yùn)瓶裝更多的氫氣。這其實(shí)指明了氫氣運(yùn)輸?shù)穆窂健绾卧黾託錃鈫挝惑w積密度。
要運(yùn)輸盡可能多的氫氣,需要采取更大的壓強(qiáng)將氫氣裝入氫氣瓶,車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶的壓力一般為35~70兆帕,我國(guó)現(xiàn)階段主要采用35兆帕,70MPa也已經(jīng)逐步進(jìn)入商用。
可能部分投資者對(duì)這個(gè)量級(jí)有些陌生,其實(shí)不難理解。
35MPa就是相當(dāng)于350公斤體重級(jí)別的選手采用金雞獨(dú)立的姿勢(shì)只用大腳趾做支撐,踩在1平方厘米大的地方產(chǎn)生的力量;蛘呖梢韵胂蟪赡阌媚愕囊桓种割^就能將當(dāng)年壓死秦武王的鼎給抬起來(lái)。
我們顯然清楚,這對(duì)材料的耐壓強(qiáng)度提出了何等苛刻的要求。
此外,在耐壓的同時(shí),由于運(yùn)輸過(guò)程中瓶子重量不能占據(jù)太大的比例,所以無(wú)法把瓶體做得既厚且重,而是需要更換輕質(zhì)材料。
因此,氫能瓶的技術(shù)方向,其實(shí)非常清晰:耐壓和減重。它需要企業(yè)從儲(chǔ)氫密度、輕量化等角度考慮,提升技術(shù)及相應(yīng)材料。
目前從技術(shù)角度看,高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫容器主要分為純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶(III型)及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶(IV型)四級(jí)別產(chǎn)品。
數(shù)據(jù)來(lái)源:DOE
在這四個(gè)級(jí)別的產(chǎn)品之中,I型、II型產(chǎn)品技術(shù)最早被應(yīng)用,但限于材料限制,儲(chǔ)氫密度低,質(zhì)量重、且安全性較差,無(wú)法在35MPa條件下工作,因此已經(jīng)逐步淡出市場(chǎng)。
相較而言,當(dāng)下的主流在于III型、IV型產(chǎn)品,由于這兩類(lèi)產(chǎn)品的內(nèi)膽和保護(hù)層,在材料和工藝上更為先進(jìn),使得氣瓶質(zhì)量輕,儲(chǔ)氫密度高,安全性好。
因此,從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看,I型和II型主要用在加氫站等固定儲(chǔ)氫上面,III型和IV型主要用在氫燃料電池汽車(chē)上。
而對(duì)III型、IV型產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比,同樣存在著技術(shù)上的差異——IV型在制作過(guò)程中內(nèi)膽采用樹(shù)脂,成本大幅優(yōu)于采用鋁材料的III型,在未來(lái)70MPa標(biāo)準(zhǔn)趨勢(shì)下,IV型產(chǎn)品的降本效應(yīng)更為明顯,其壽命也要長(zhǎng)于III型。
不過(guò),IV型產(chǎn)品雖優(yōu),卻也存在著技術(shù)上的難題——由于采用樹(shù)脂內(nèi)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(wèn)題對(duì)制造工藝,復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)提出了重重挑戰(zhàn)。
當(dāng)下,中國(guó)車(chē)載儲(chǔ)氫瓶主要為III型(鋁內(nèi)膽纖維纏繞),IV型(塑料內(nèi)膽纖維纏繞)仍處于研發(fā)階段。而日、美等國(guó)家開(kāi)發(fā)的車(chē)載儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品多為IV型,部分國(guó)家甚至已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)V型儲(chǔ)氫瓶,即無(wú)內(nèi)膽纖維纏繞,在此領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)仍屬空白。
比較而言,可以得出一個(gè)結(jié)論,這是一個(gè)先到先得的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形態(tài)——誰(shuí)先掌握了IV型的核心技術(shù),在未來(lái)千億的市場(chǎng)空間就會(huì)先人一步,率先搶占市場(chǎng)份額和超額收益,也能實(shí)現(xiàn)推動(dòng)氫能發(fā)展的雙贏(yíng)。
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