氫動力用于飛機、船艦、車輛等移動工具，其中承受高壓儲氫罐是必不可缺的產(chǎn)品。本文預測到 2030 年燃料電池汽車輛產(chǎn)量， 以及相應對碳纖維的需求數(shù)量。

需求量最大的是 700bar、IV 型罐；700bar、IV 型罐每儲存 1 千克氫氣需要 10 千克碳纖維；

每輛 FCV（燃料電池汽車）至少攜帶 5-6 千克氫氣，預計到 2030 年投入使用的 500 萬輛 FCV 將需要 250，000 噸碳纖維增強樹脂（CFRP）復合材料，用于制造儲氫罐；

到 2030 年，僅 FCV（燃料電池汽車）IV 型儲氫罐中的碳纖維需求量為 166，650 噸（700bar 、IV 型罐、儲氫 5.6 千克，在碳纖維在復合材料中含量 60%的前提下，每個儲氫罐碳纖維用量約 62-72 千克）。

儲氫罐占燃料電池系統(tǒng)價值的 40%。40%的價值中有 70%是儲氫罐罐體，其余是閥門和其他部件。

2020.5 國際市場統(tǒng)計碳纖維產(chǎn)能：中國 21800噸；全球總產(chǎn)能 161200 噸。

多年來，碳纖維增強聚合物（CFRP）復合材料通過由碳纖維和環(huán)氧樹脂基材包裹的塑料內襯組成的 IV 型儲氫罐，為零排放燃料電池驅動的車輛提供了壓縮氫氣的存儲。盡管氫長期以來一直承諾提供可持續(xù)的清潔能源，但直到最近，進展緩慢。人們仍然嚴重懷疑期待已久的氫氣經(jīng)濟是否會真正實現(xiàn)。

目前，這種懷疑正在迅速消退。環(huán)球氫能公司- Universal Hydrogen（美國加利福尼亞州洛杉磯市）已經(jīng)與三家地區(qū)航空公司簽署了意向書，用氫動力推進系統(tǒng)改造現(xiàn)有渦輪螺旋槳飛機。同樣值得一提的是，Cimmaron Composites 公司（美國阿拉巴馬州亨茨維爾）現(xiàn)已被韓華解決方案公司-Hanwha Solutions（韓國首爾）收購，并宣布在阿拉巴馬州奧佩利卡投資 1.3 億美元新建生產(chǎn)設施。另一家復合材料罐制造商 NPROXX（荷蘭海倫）目前與康明斯公司- Cummins（美國印第安納州哥倫布市）是一家 50/50 的合資企業(yè)，這家公司每年生產(chǎn) 1.3 億臺內燃機，目前已投資生產(chǎn)氫氣的電解槽、氫氣發(fā)動機、燃料電池和儲氫罐。

IV 型儲氫罐的增長預測是巨大的。例如，IV 型罐生產(chǎn)的領導者 Hexagon Composites（挪威阿勒松）在一月份剝離了 Hexagon Purus，專注于零排放氫和電池電力系統(tǒng)以及氫存儲。據(jù)估計，從2025 年到 2030 年，儲氫罐收入將增長 630 %。

然而，IV 型儲氫罐也面臨嚴重問題。最值得注意的是，碳纖維的成本使得這些罐非常昂貴。另一個關鍵問題是存儲密度。盡管壓縮氫氣提供的能量是汽油質量的三倍，但其體積的能量相當?shù)停枰笮透邏簹夤奕菁{儲存足夠所需的燃料。對于移動應用，IV 型碳纖維增強塑料（CFRP）儲氫罐提供的重量輕，推動了其相對于金屬替代品的使用。但在固定應用中，包括加氫站，重量不是主要驅動因素。

實際上，氫作為低溫液體在 -253℃下儲存時具有更高的密度，當儲存在 -230℃ 和 300 bar 的低溫壓縮儲氫罐中時，其密度最高—據(jù)報道，與 700 bar 的 IV 型罐相比，氫增加了 50%。冷凍儲氫罐通常是金屬的，目前尚未證明 IV 型罐與金屬罐相同性能和疲勞壽命，壽命超過 25 年。

1.重型運輸用氫氣

康明斯（Cummins）正在與長期客戶和卡車制造商 Navistar（美國伊利諾伊州里斯爾）合作開發(fā)一款燃料電池驅動的 8 級卡車。該卡車將集成到 Werner Enterprises（美國內布拉斯加州奧馬哈市）7700輛的車隊中，在加利福尼亞州豐塔納的當?shù)睾偷貐^(qū)服務中進行為期一年的試驗。康明斯（Cummins）還開始測試氫動力內燃機（即直接燃燒氫氣），并將在各種公路上和非公路應用中進行評估?？得魉梗–ummins）負責新動力工程的副總裁喬納森·伍德在2021年6月的一次采訪中表示，到本世紀末，這些產(chǎn)品將接近柴油發(fā)動機的總體擁有成本（TCO-totalcostofownership）。隨著各國尋求實現(xiàn)零排放目標，他指出，未來的重型運輸將由氫、燃料電池或電池供電，而不是柴油。

儲氫罐制造商 NPROXX 的常務董事兼銷售主管邁克爾·希曼（Michael Himmen）說，“在歐洲，我們有立法規(guī)定，到 2030 年，卡車原始設備制造商的生產(chǎn)車隊的二氧化碳排放量必須比2019 年平均減少 30%，因此，歐洲卡車生產(chǎn)的一部分將是氫動力，可能高達 5%，可能高達 15000-20000 輛/年。它將在 2026-27年以 2000 輛/年的速度開始，并穩(wěn)步增長” 。每輛卡車有 5 到 7 個 IV 型儲氫罐，重型卡車可以在十年內，每年需要 100000 個儲罐，需要 6000 噸碳纖維。這將是東麗（日本東京）、韓國、法國和美國工廠碳纖維總產(chǎn)量的 25%，以及 Hyosung（韓國首爾）2028年 10 條生產(chǎn)線計劃產(chǎn)能的 25%

Hexagon Purus 的銷售和營銷總監(jiān) Jrn Helge Dahl 說：“重型運輸業(yè)尤其在加速發(fā)展。”。他解釋說，對于大型車輛，氫比電池更實用，因為電池尺寸、重量和充電時間的增加足以滿足有效載荷和射程要求，這是不經(jīng)濟的。Hexagon Purus 估計，2025 年和2030 年，IV 型儲氫罐的收入分別為 11 億美元和 70 億美元，其中重型車輛預計將占最大份額~30%。

FCV（燃料電池汽車）對碳纖維需求

在 2019 年的一次會議中，Omnium Plastic（法國拉瓦洛伊斯） 復合材料壓力容器主管阿克塞爾·塞弗特聲稱，700 bar IV 型儲罐每儲存一千克氫氣需要 10 千克碳纖維。他指出，F(xiàn)CV（燃料電池汽車）至少攜帶 5-6 千克氫氣，預計到 2030 年投入使用的 500 萬輛 FCV 將需要 250，000 噸碳纖維，用于制造儲氫罐。同時，他指出，2019 年碳纖維的總需求量僅為 80，000 噸，其中 60%以上用于風力渦輪機葉片和航空航天應用。

250，000 噸的估計值是否被夸大了？氫能源委員會（Hydrogen Council）2021 年《氫能源洞察》報告中報告的車輛總數(shù)估計到2030 年將達到 450 萬輛 FCV。然而，每輛乘用車（PV- passenger vehicles）需要 5-6 千克氫氣。韓國現(xiàn)代（Hyundai）的重型卡車Xcient 需要攜帶 35 公斤氫氣。重型卡車預計占 FCV 年產(chǎn)量的25%。

復合材料行業(yè)資深人士預計到 2030 年，IV 型儲氫罐中的碳纖維需求量為 166，650 噸（700bar 、IV 型罐、儲氫 5.6 千克，在碳纖維在復合材料中含量 60%的前提下，儲氫罐碳纖維用量約 62-72 千克）。應該注意的是，這一預測非常保守。

IV 型儲氫罐生產(chǎn)商 NPROXX 的常務董事兼銷售主管邁克爾·希曼（MichaelHimmen）說，“從 2020 年到 2021 年，他的公司業(yè)務翻了一番，明年也將如此。我們不是唯一一家；我認為Hexagon 也在以同樣的速度增長。過去兩年的增長有所放緩，因為商用飛機對碳纖維的需求因新冠病毒疫情而下降。獲得足夠的碳纖維是我們主要關注的問題之一。”

然而，不僅空客現(xiàn)在的目標是提高制造速率，而且使用大量碳纖維的風力渦輪機也將顯著增長，以推動綠色氫氣生產(chǎn)。碳纖維行業(yè)能跟上這種增長嗎？“我們需要在一定的價格范圍內，具有一定的質量和性能的碳纖維，”希曼指出。大多數(shù) IV 型儲氫罐的使用東麗T700 碳纖維（抗拉強度 4900 MPa，模量 230 MPa）或同等材料。“強度較低的碳纖維需要更多的繞組，而罐體會變厚，這是不可接受的。如果你現(xiàn)在不知道明年碳纖維的來源，你可能實際上不得不停止生產(chǎn)。”

領先的碳纖維制造商之一東麗（日本東京）在 2020 年 6 月的一次演講中特別提到了 FCV 和壓縮氫氣儲罐的增長，稱其將計劃“及時對儲氫罐進行大規(guī)模資本支出”，預計 2023 年后需求將增長。它還表示，該公司將“將儲氫罐作為最優(yōu)先的戰(zhàn)略應用，優(yōu)先分配發(fā)展資源”，并指出“增加高性能，降低碳纖維成本”。與此同時，Hyosung（韓國首爾）宣布，將在 2028 年之前將碳纖維產(chǎn)量從 2000 噸/年的單條生產(chǎn)線增加到 24000 噸/年的 10 條生產(chǎn)線，以支持韓國的氫路線圖。

輕型交通、汽車和亞洲

法國汽車一級供應商 Faurecia（佛吉亞）（Nanterre）和Plastic Omnium（Lavallois）是 IV 型儲氫罐市場的新進入者，兩者的目標都是占據(jù) 25-30%的市場份額。他們預測到 2030 年，氫動力汽車的年產(chǎn)量將達到 200 萬輛，其中 150 萬輛為輕型和乘用車。Plastic Omnium 表示，氫能汽車銷量將在 2027-2028 年開始回升， 但 Faurecia 稱，其與歐洲和北美五家輕型和乘用車原始設備制造商的合作已經(jīng)為 2022 年創(chuàng)造了銷量，并初步生產(chǎn)了 80000 套氫汽車系統(tǒng)/年。Faurecia（佛吉亞）、Hexagon Purus、NPROXX 和Plastic Omnium都提供完整的氫/燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆、儲罐和輔助設備。Faurecia（佛吉亞）聲稱，儲氫罐占燃料電池系統(tǒng)價值的 40%。40%的價值中有 70%是儲氫罐罐體，其余是閥門和其他部件。

Plastic Omnium指出，亞洲預計將在氫燃料電池汽車（FCV） 銷售中處于領先地位，占 75%的市場份額，其次是歐洲 20%和北美 5%。事實上，中國和日本已宣布到 2030 年分別投入 100 萬輛和 80 萬輛燃料電池車的目標，而韓國則表示將在 2025 年前將所有商用車轉化為氫氣，并在 2040 年前實現(xiàn) 620 萬輛燃料電池車的目標。值得注意的是，這些國家都有大量的碳纖維生產(chǎn)。

因此，當 Plastic Omnium于 2019 年成立其 Δ-Deltatech（比利時布魯塞爾）燃料電池和氫氣儲存研發(fā)中心時，它同時成立了 ω- Omegatech（中國武漢）研發(fā)中心，并配備了碳纖維纏繞試驗線和燃料系統(tǒng)測試實驗室。武漢已被指定為中國第一個“氫城市”擁有 30-100 個氫燃料加氣站，3-5 家世界領先的氫企業(yè)，以及一個氫產(chǎn)業(yè)園，擁有 100 多家燃料電池汽車制造商和相關公司。

與此同時，Hexagon Purus 于 2021 年 3 月宣布與中集安瑞科（深圳）成立合資企業(yè)，該合資企業(yè)將首先擴大現(xiàn)有的 III 型壓力容器生產(chǎn)，同時安裝 IV 型罐生產(chǎn)。增加的 III 型罐生產(chǎn)和新 IV 型罐設施建設將于 2021 年開始，到 2025 年，容量為 100000 輛/年。

美國機械工程師協(xié)會（ASME）和國際標準化組織（ISO） 分類的壓力容器類型和結構

Iljin Composites 因其 2021 年 9 月 3 日在韓國證券交易所公開發(fā)行而更名為 Iljin Hysolus（韓國 Bongdong eup），被稱為韓國唯一的復合材料儲氫罐生產(chǎn)商和現(xiàn)代 Nexo 牌汽車的唯一供應商。據(jù)報道，Iljin Hysolus 還為韓國警察、地區(qū)和公交系統(tǒng)提供儲氫罐，并擁有兩個生產(chǎn)基地，一個在全布省（Jeonbuk），一個在萬州(Wanju)。

在其他值得注意的活動中，ToyodaGosei（豐田章男）（日本稻谷）為 2021 年豐田 Mirai 生產(chǎn)第三個儲氫罐，容量為 30000 輛/ 年（豐田-Toyoda 為 Mirai 內部生產(chǎn)前兩個儲氫罐）。2021 年，在法國，佛吉亞（Faurecia）完成了對中國領先儲氫罐制造商 CLD（沈陽）的收購，在遼寧擁有兩家工廠，每年生產(chǎn) 30000 輛儲氫罐。

根據(jù)分析公司 Integral Co.于 2020 年 12 月發(fā)布的《中國儲氫技術概述》，中國首選 I 型和 III 型儲氫罐， III 型儲氫罐產(chǎn)量很少。然而，需求正在增加。報告作者 Stephanie Ao 指出，直到最近，中國才禁止使用 IV 型儲氫罐。可以理解的是，III 型儲氫罐仍然在中國氫能車輛市場占據(jù)主導地位，特別是對于要求 350 bar的應用。然而，她指出，700 bar III 型儲罐處于測試驗證的最終過程中。III 型儲氫罐的頂級供應商包括CLD（沈陽，目前歸佛吉亞（Faurecia）所有），還有北京中銀實業(yè)、福井實業(yè)和天海實業(yè)。

鐵路和公共汽車：便捷的基礎設施

氫軌道車輛上升速度自上而下

阿爾斯通已向德國出售了 41 列 CoradiaiLint 氫列車，并正在奧地利和荷蘭測試其他列車；法國鐵路 SNCF 訂購了 12 輛阿爾斯通的 Coradia 多價雙模高架電動列車和氫區(qū)域列車；阿爾斯通正與英國的埃弗肖特鐵路公司合作，將電動列車轉換成氫列車；西門子正在開發(fā) MireoPlusH 系列，用于 2023-2024 年的測試。

康明斯（Cummins）在 2020 年與 NPROXX 成立 50/50 合資企業(yè)之前，于 2019 年收購了燃料電池開發(fā)商 Hydrogenics（加拿大安大略省密西沙加市），據(jù)報道，Hydrogenics 是機車規(guī)模燃料電池的先行者?？得魉梗–ummins）隨后于 2020 年宣布在德國赫滕建立一家新工廠，為阿爾斯通（Alstom）（法國巴黎）的氫動力Coradia iLinet 列車制造燃料電池系統(tǒng)，該列車已在德國投入使用（下薩克森州的 14 臺機組今年開始運營，萊茵河主要地區(qū)的 27 臺機組將于 2022 年投入使用）。iLint 也正在奧地利和荷蘭進行測試。

iLint 的里程為 1000 公里，最高速度為 140 公里/小時，可與當前的區(qū)域列車性能相媲美。它的兩個汽車單元使用 24 個 IV 型儲氫罐，這些儲氫罐位于每輛汽車頂部的屋頂隔間中，也包含燃料電池。Hexagon Composites 根據(jù)其 416 毫米直徑、3128 毫米長的重型儲罐為原型列車提供儲氫罐，該儲氫罐在 350bar 下可容納300 升/9 千克氫氣。iLinet 現(xiàn)在由 NPROXX 提供 350bar、500 毫米直徑、2200 毫米長的儲氫罐。

康明斯（Cummins）還與西門子（德國慕尼黑）合作，西門子在 2023-2024 年期間在德國多條區(qū)域線路上測試其兩輛和三輛Mireo Plus H 列車。與此同時，Hexagon Purus 正在為 Talgo（西班牙馬德里）的 Vittal One 列車提供 IV 型儲氫罐，該列車計劃于2023 年開始測試。Hexagon Purus 還將向 Stadler Rail（瑞士Bussnang）提供儲氫罐，用于其在瑞士建造和測試的第一列FLIRT （調情號）列車，然后在 2024 年轉移到加利福尼亞州的圣伯納迪諾投入使用。

在日本，豐田與日立（東京）和日本鐵路公司（東京）合作開發(fā)了一種兩輛編組的列車，其行程為 140 公里，最高速度為 100 公里/小時，氫氣儲存容量為 5 個 700bar、51 升/2 千克的儲氫罐，每個儲氫罐可儲存總共 40 千克的氫氣。它將于 2022 年在東京郊區(qū)進行測試。中國也在測試燃料電池供電的有軌電車，以滿足短期城市服務需求。該示范線由中國南方鐵路公司子公司四方（山東青島）與燃料電池供應商巴拉德（Ballard）電力系統(tǒng)（加拿大本納比）合作開發(fā)，位于廣東省佛山市，使用五輛有軌電車， 每輛由三節(jié)車廂組成，行程 125 公里，最高時速 70 公里。每輛有軌電車使用六個 350bar 的儲罐來儲存 104 升/4 千克的壓縮氫氣。

在貨運列車市場，塞拉(Sierra)北方鐵路公司（美國加利福尼亞州薩克拉門托市）將在西薩克拉門托港用氫燃料電池機車取代柴油機車，該機車配備巴拉德動力系統(tǒng)的燃料電池和 225 公斤的儲氫罐。該機車將于 2023 年開始使用，并在荷蘭皇家殼牌公司（荷蘭海牙）建造的新氫站加油。

巴拉德（Ballard）還為加拿大太平洋（卡爾加里，阿爾伯塔省）改裝了一臺現(xiàn)有的柴油電力長途貨運機車，該機車將于 2022 年投入使用，這是其氫動力鐵路項目的第一步。改裝機車的使用壽命超過 50 年，被視為專用液壓火車的可行且經(jīng)濟高效的替代方案。

氫動力鐵路（客運或貨運）的一個顯著優(yōu)點是不需要對現(xiàn)有軌道進行改造。相比之下，英國傳統(tǒng)電氣列車的軌道（例如，懸鏈線和第三軌）的充電成本從每公里 965000 美元到 130 萬美元不等。Caltrain（美國加利福尼亞州 Can Carlos）2017 年的一份報告指出，舊金山至圣何塞通勤線路的電氣化使用 22 列燃料電池列車， 包括建造氫氣加油站（HRS- hydrogen filling stations）將耗資 13 億美元，而 22 列采用架空接觸網(wǎng)（OCS- overhead contact system）的傳統(tǒng)列車耗資 31 億美元-節(jié)省 18 億美元。

NPROXX 的負責人說，“鐵路市場已經(jīng)在向前發(fā)展，這可能令人驚訝” ， “但和公交車一樣，我認為關鍵因素之一是基礎設施。對于這兩個方面，你可以很容易地解決基礎設施問題，因為它們每天都會回到同一個停車場，在這些停車場都有加油站。例如，科隆的區(qū)域公交系統(tǒng) RVK 擁有世界上最大的燃料電池公交車車隊——每天運營和運營的 37 輛公交車到今年年底，還將增加 15個，其中只有兩個氫加氣站。它們在 2009 年開始實現(xiàn)零排放，目前仍在增加。因此，基礎設施相對簡單，有助于推動該市場的發(fā)展。”

海事：重新思考架構、商業(yè)模式

2021 年 6 月，Hexagon Purus 宣布將成立一家新的子公司Hexagon Purus Maritime。Hexagon Purus 的銷售和營銷總監(jiān) Jrn Helge Dahl 解釋說，盡管 Hexagon 參與海上氫氣項目已有幾年， “我們現(xiàn)在看到，海上對氫氣的需求和活動正在迅速增加。”。

Hexagon Purus Maritime 將開發(fā)船上存儲系統(tǒng)，從船邊燃料管線輸送到存儲，從存儲到燃料電池。由于惡劣的環(huán)境，包括腐蝕， 我們認為復合材料是海上應用的理想存儲解決方案。”

但是，大型金屬罐能提供更長的航程呢？Dahl 承認：“隨著公司開始關注氫氣，我們看到他們希望擁有盡可能大、盡可能少的單個儲氫罐。但是，船舶的結構和類型有很大的范圍。沒有 ‘一刀切’的方法。如果你有一艘較小的快速渡輪，較大的儲氫罐可能太大。這就是為什么我們將與公司合作，根據(jù)船舶結構調整我們經(jīng)驗證的儲氫罐，以提供適當尺寸的解決方案。然后，我們將通過挪威船級社（挪威挪威船級社，奧斯陸）是領先的船舶船級社之一，在復合材料方面也有著悠久的歷史。

液態(tài)氫？Dahl 說“過去，人們非常關注液態(tài)氫，認為它是服務于海運業(yè)的唯一途徑，但在過去的三到四年中，我們看到了一種趨勢，即公司深入研究使用液氫，并再次使用壓縮氣體。這不僅是關于如何管理船上的氫氣，還涉及基礎設施、燃料和燃料存儲?，F(xiàn)在，我們也看到公司對氫氣的看法有所不同為了在船上儲存更多的氫氣，該船的結構已經(jīng)改變。”

Dahl 認為，在十年中期，海運業(yè)將發(fā)生快速變化，隨著 2030 個項目的實施，項目數(shù)量將增加，這是由國際海事組織（IMO， 倫敦，英國）設定的目標驅動的。Dahl 還認為，所有新建船舶和現(xiàn)有船舶必須在 2030 年和 2050 年分別比 2008 年基準減少 40%和70%的二氧化碳排放量。此外，我們看到地方司法機構采取的行動正在增加。例如，挪威的一些世界遺產(chǎn)峽灣要求到 2026 年實現(xiàn)零排放。這將排除大型游輪；因此，他們將不得不開發(fā)較小的船只將人們帶入峽灣。我們將在歐洲密集的河流運輸區(qū)看到更多此類限制。特別是隨著聯(lián)合國氣候報告的發(fā)布（最近），我認為我們剛剛看到了開始，在監(jiān)管方面還會有更多。

結束語:

氫動力用于飛機、船艦、車輛等移動工具，其中承受高壓儲氫罐是必不可缺的產(chǎn)品。本文預測到 2030 年燃料電池汽車輛產(chǎn)量， 以及相應對碳纖維的需求數(shù)量。

需求量最大的是 700bar、IV 型罐；700bar、IV 型罐每儲存 1 千克氫氣需要 10 千克碳纖維；

每輛 FCV（燃料電池汽車）至少攜帶 5-6 千克氫氣，預計到 2030 年投入使用的 500 萬輛 FCV 將需要 250，000 噸碳纖維增強樹脂（CFRP）復合材料，用于制造儲氫罐；

到 2030 年，僅 FCV（燃料電池汽車）IV 型儲氫罐中的碳纖維需求量為 166，650 噸（700bar 、IV 型罐、儲氫 5.6 千克，在碳纖維在復合材料中含量 60%的前提下，每個儲氫罐碳纖維用量約 62-72 千克）。

儲氫罐占燃料電池系統(tǒng)價值的 40%。40%的價值中有 70%是儲氫罐罐體，其余是閥門和其他部件。

2020.5 國際市場統(tǒng)計碳纖維產(chǎn)能：中國 21，800噸；全球總產(chǎn)能 161，200 噸。

（來源：楊江凱）