2025年1月9日，國(guó)內(nèi)首個(gè)液氫驅(qū)動(dòng)的噸級(jí)eVTOL無人飛行器在陜西寶雞鳳翔高新區(qū)成功試飛。

3月，由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司六院101所自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首款百公斤級(jí)車載液氫系統(tǒng)“賽道1000”完成與一汽解放藍(lán)途“星熠”液氫燃料電池牽引車的跑車測(cè)試。

隨著新能源革命推進(jìn)，液氫技術(shù)正從航天領(lǐng)域（如eVTOL）加速邁向民用市場(chǎng)（如重卡），成為推動(dòng)交通運(yùn)輸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵力量。

氫氣作為清潔能源的潛力巨大，但如何高效儲(chǔ)存和運(yùn)輸卻成為制約其發(fā)展的瓶頸。常溫常壓下極低的密度使得一輛普通卡車運(yùn)送的高壓氣態(tài)氫僅能滿足幾輛氫燃料電池汽車的加注需求，而同樣體積的液氫蘊(yùn)含的氫氣量是高壓氣態(tài)氫的845倍，運(yùn)輸效率提升十倍以上。

液氫并非新生事物，早在1956年，中國(guó)就研發(fā)出了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)節(jié)流制冷型氫液化器，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)液氫零的突破。這項(xiàng)技術(shù)最初主要服務(wù)于航天領(lǐng)域，鮮少進(jìn)入公眾視野。

如今隨著全球能源轉(zhuǎn)型加速，氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，液氫憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)走向民用。據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到100萬輛左右，氫的需求高達(dá)60萬噸/年。

現(xiàn)有高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)方式難以滿足如此龐大的需求，液氫憑借其高密度、低成本運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，成為解決氫氣大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用核心痛點(diǎn)的關(guān)鍵答案。

液氫生產(chǎn)的“冰與火之歌”

然而生產(chǎn)液氫的過程并不容易，如同進(jìn)行一場(chǎng)精密的“冰封儀式”，充滿技術(shù)挑戰(zhàn)。過程中需要將氫氣壓縮后深冷至零下253攝氏度以下，使其從氣體變?yōu)橐后w，然后儲(chǔ)存在特殊絕熱真空容器中。

期間制冷溫度極低且能耗巨大。液化1kg氫氣通常需要消耗10-20度電，若用電制氫，液氫重卡的性價(jià)比將大打折扣。不過隨著技術(shù)進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)5噸/天氫液化系統(tǒng)的平均能耗已降至11.84千瓦時(shí)/公斤，較傳統(tǒng)工藝顯著降低。

此外，氫的正仲轉(zhuǎn)換過程會(huì)釋放熱量，占理想液化功的16%左右，增加了液化難度，要求系統(tǒng)具備更強(qiáng)的冷卻能力。

在液氫溫度下，除氦氣以外的其他氣體雜質(zhì)均已固化，尤其是固氧可能堵塞管路引發(fā)爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這使得材料與設(shè)備面臨極端考驗(yàn)。

今年7月，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和日本京都大學(xué)的科學(xué)家們通過特殊配比混合兩種化合物，制備出全球首款基于氫化物的深共晶溶劑，實(shí)現(xiàn)了僅需加熱至60℃即可釋放氫氣的重大技術(shù)突破。

儲(chǔ)運(yùn)方式的革新

液氫儲(chǔ)運(yùn)方式主要分為容器儲(chǔ)運(yùn)和管道輸運(yùn)兩類。其中容器儲(chǔ)運(yùn)在儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)形式上一般采用球形儲(chǔ)罐和圓柱形儲(chǔ)罐，運(yùn)輸則采用液氫拖車、液氫鐵路槽車和液氫槽船等方式，由于總體用量不大，當(dāng)前業(yè)內(nèi)主流是采用容器運(yùn)輸。

液氫儲(chǔ)罐面臨材料挑戰(zhàn)。高氫環(huán)境易造成材料氫脆、氫蝕及氫滲透，影響力學(xué)性能。不同材料在液氫環(huán)境下的熱性能及力學(xué)性能參數(shù)需要深入研究。

蒸發(fā)損失同樣是一大難題。液氫儲(chǔ)罐容積向大型化發(fā)展時(shí)，液氫蒸發(fā)速度加快，損失加大。如何打造容積更大、損耗更低的儲(chǔ)罐是當(dāng)前研究重點(diǎn)。

盡管存在挑戰(zhàn)，液氫儲(chǔ)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。研究數(shù)據(jù)顯示，液氫儲(chǔ)運(yùn)成本可控制在不大于5元/公斤，遠(yuǎn)低于高壓氫氣近2.8元/公斤/100公里的運(yùn)費(fèi)，且每增加100km 的運(yùn)輸距離，每千克運(yùn)輸成本約增加 0.8 元，敏感度遠(yuǎn)低于同等條件下的氣氫運(yùn)輸。這使其特別適合將風(fēng)光資源豐富地區(qū)產(chǎn)生的氫氣以液態(tài)形式運(yùn)輸?shù)叫枨笸�盛的城市區(qū)域。

應(yīng)用場(chǎng)景拓寬

液氫正逐步成為連接當(dāng)下與未來能源轉(zhuǎn)型的核心紐帶，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

在航天領(lǐng)域它早已不是陌生面孔，長(zhǎng)征系列火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中液氫與液氧劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的澎湃推力，將航天器精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。

視線轉(zhuǎn)向地面交通干線，長(zhǎng)途貨運(yùn)的重卡正迎來變革，那些穿梭于省際物流通道的龐然大物，通過搭載不足傳統(tǒng)氣罐體積幾分之一的低溫燃料罐，實(shí)現(xiàn)了單次加注一千公里以上的續(xù)航突破，讓零排放重載運(yùn)輸成為現(xiàn)實(shí)。

藍(lán)色海洋同樣見證著液氫的滲透，去年10月22日，全球首艘專業(yè)液氫運(yùn)輸船成功完成長(zhǎng)距離跨洋運(yùn)輸任務(wù)，而更多液氫動(dòng)力船舶的設(shè)計(jì)方案正在船廠圖紙上逐漸成型。

精密制造領(lǐng)域則看重液氫的另一面價(jià)值，當(dāng)超低溫液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)，自然分離出的超高純度氫氣成為半導(dǎo)體光刻環(huán)節(jié)與特種合金冶煉的關(guān)鍵原料，保障著尖端產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性。

在大型基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心開始將液氫作為應(yīng)急備用電源的燃料選擇，其高能量密度特性為關(guān)鍵設(shè)施提供了新的保障方案。甚至在城市街角，專用液氫加氫站已在特定區(qū)域悄然出現(xiàn)，盡管當(dāng)前數(shù)量稀少，卻為氫能乘用車提供了區(qū)別于傳統(tǒng)氣氫的加注體驗(yàn)。

從蒼穹到大地，從重工業(yè)到日常生活，液氫的多面價(jià)值正在不同場(chǎng)景中逐步釋放。

       原文標(biāo)題 : 能源界的“超級(jí)壓縮包”，液氫賦能多場(chǎng)景綠色轉(zhuǎn)型