问题描述
据了解，全球目前已经有数十座液氢工厂，总液氢产能480吨/天。全球近500座加氢站中液氢储氢型加氢站占比三分之一，北美占了全球液氢产能总量的85%以上。美国本土已有15座以上液氢工厂，液氢产能达326吨/天，居全球首位，加拿大还有80吨/天的液氢产能也为美国所用；欧洲4座液氢工厂液氢产能为24吨/天。亚洲有16座液氢工厂，总产能38.3吨/天，日本占了三分之二。
我国液氢主要用于航空航天等领域，民用液氢方面几乎是空白，远远落后于发达国家。陕西兴平、海南文昌、北京101所、西昌基地等总产能仅有4吨/天，数量和产量落后于欧美国家。民用液氢的研发和使用亟待推进，科技部在2020年“可再生能源与氢能技术”重点研发专项指南中提出，研制液化能力≥5d/t且氢气液化能耗≤13kWh/kgLH2的单套装备，对标国外主流大型氢液化装置性能。立项目的就是尽快缩短我国与发达国家的差距，力求液氢早日实现大规模产业化。目前，液氢所用到的液氢罐、液氢泵、膨胀机等设备严重依赖于进口，导致液氢装置投资居高不下。与国外相比，国内已有液氢装置的规模普遍偏小，且液氢能耗偏高。技术方面，由于我国在液氢发展方面起步慢，液氢的加注、装备的性能、大规模工程化降本等和国外仍有一定差距，核心零部件、阀门、控制元器件、液氢泵等仍未拥有核心技术。加之，美国一直对中国进行技术禁运，禁运与大规模液氢生产和储运相关的系统装备和组件、测试检测与生产装备、材料、工艺技术等，也限制其盟国向中国出售设备和技术。另外，液氢产业相关配套设施还不健全，相关的标准和规范比较缺乏，国家和地方产业政策不完善，这些因素都限制了液氢产业的进步和发展。目前氢气的储运方式主要有高压气态、低温液态、固态和有机液体储氢，其中低温液态和固态储氢由于储氢效率、能耗和材料问题无应用实例，高压气态储运效率低、安全性差，只在200km范围内具有一定经济性，低温液态法挥发损失太大，固态储氢的密度较小，有机液体储氢技术质量储氢密度可达6%以上，安全性高，在长距离运输时成本只有气态法的1/4。针对大规模长距离运输，如通过有机液体储氢技术将光伏及风电比较丰富地区如中国西北、海上等产生的绿氢以有机液体形式储存起来，通过陆运、海运等形式输送至上海，是获取绿氢的一条比较可行的技术路线。要实现这种技术模式，高效可多次循环有机储氢技术是关键之一。问题背景
氢气被认为是21世纪的终极清洁能源，备受各国高度重视，将氢能发展提升到国家战略发展高度。我国是产氢大国，丰富的工业副产氢可以充分保证氢燃料电池产业所需的氢源。常见的氢气输送主要有四种方式：一是高压气态运输；二是管道输送；三是低温液氢输送；四是固体或液体储氢运输。其中，高压气态储运是目前最常见的氢气储运方式。相较于高压储运，液氢储运具有运输成本低、氢纯度高、计量方便等优势，更适合大规模部署和输运。气态氢需要降温到-253℃而形成液态，密度70.8千克/立方，一吨液氢可汽化成1万多立方氢气。且在-253℃低温下，除了氦、氖稀有气体之外的所有气体杂质都会凝固分离，液氢汽化可以获得6N（即99.9999%）及以上的超纯氢。成本方面，高压气态储氢运输成本高昂。据了解，国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10-30MPa，运输氢气的气瓶多为20MPa。在20MPa高压气态下，1KG氢气运输成本将近10元/百公里。当副产氢成本在10-15元/KG的情况下，要达到站售氢气成本低于35元/kg，高压气态氢仅适用于200公里以内的短途运输。运输距离超过200千米时，液氢的运输和能耗费用之和将低于高压气氢。数据显示，液氢运输成本仅为高压氢气的1/5-1/8。缓解氢能供需错配，未来长途运输将依靠低温液氢的发展。
液氢解决了氢气长距离运输成本高问题。但是，其生产过程中的能耗较高，由于其温度低，分子量小，材料氢脆及低温下材质性能的变化，对设备、控制要求极高，限制了其大规模推广。《上海市燃料电池汽车产业创新发展实施计划》（2020-2023年）明确提出，到2023年上海市规划加氢站接近100座并建成运行超过30座，加氢网络全国最大，基本建立高效制、储、运、加供氢体系，车用氢气年产量超过20000吨。目前上海及周边缺乏氢气供给，特别是缺乏由可再生能源产生的绿氢，要实现上述加氢站的运营目标，建设氢能示范城市，首先需要解决绿氢的长距离输送问题。最新进展（截止问题发布年度）
国家双碳战略目标的提出，加速了氢能相关产业的快速发展，尤其是在液氢技术开发、核心设备攻关方面，取得了长足的进步，但与国外相比还有差距。
浙江嘉兴是国内最热衷于液氢项目的地区之一，嘉化能源、美国AP公司、德国林德公司已分别在嘉兴投资建设液氢项目，在解决长三角地区的氢源问题方面贡献颇多。2020年12月，鸿达兴业氢液化工厂项目生产的液氢，从乌海顺利运抵广州，跨越2500多公里，完成了国内首次实现的民用液氢超长距离运输。填补了我国在民用液氢方面的空白，推动了我国液氢产业的发展。中石化巴陵石油化工有限公司和湖南核电有限公司共同投资11亿元，建设国内首座液氢工厂，产能60T/d。如果建成，将成为我国产量最大的液氢工厂。2021年2月，重塑集团、佛燃能源、国富氢能、泰极动力四大企业签署合作协议，合作推进“液氢储氢加氢站项目”，将助力佛山“国家级氢能产业示范区”建设。除此之外，浙江海盐、河北定州、河南洛阳等地的企业也都在积极进行液氢民用化项目建设与探索，我国液氢正在掀起“民用”热潮。应用有机液体储氢技术进行大规模长距离氢气运输，日本已经走出了示范路线。日本在文莱建设天然气重整制氢、有机液体加氢工厂，通过海运含氢有机液体至日本，在川崎建设脱氢厂，已于 2020年正式运营，每年可运输210吨氢气至日本用于发电和交通领域。中石化在有机液体大规模运氢方面已经开展了研究工作，研究了有机液体种类、开发了脱氢催化材料并进行了脱氢装置建设。但是如何提高储运过程的效率仍然是急需解决的难题。储运过程的效率与脱氢反应器结构存在较大关系，紧凑型大流量自供热三相反应气态反应器是优选。其中如何进行有机储氢液体脱氢过程的催化反应机理和动力学模型建立，如何进阐明热质传递规律及调控与强化机制，如何研发紧凑型大流量自供热气态脱氢反应器，是本技术的难点。重要意义
我国液氢项目加速落地，掌握核心关键设备和技术至关重要，液氢的发展还将经历一个长期复杂的推广过程，企业的努力与国家的政策支持均不可或缺。国内正在开展自主液氢与深冷高压技术和装备的开发，加快液氢技术产业化实践，推动中国高密度高效率的液氢储运加注技术进步。
解决了液氢核心设备、零部件等卡脖子技术后，低能耗、大规模液氢项目的大力推广，充分释放液氢在氢能产业中的独特优势，大幅度降低氢气储运成本。极大提升国产高端装备制造水平，助推中国实现碳中和、碳达峰，液氢技术大有可为。大规模长距离绿氢储运及其关键技术开发旨在安全高效的为上海及周边加氢站提供绿色氢气，推动上海市氢能发展规划的快速落实。同时，开展绿氢产地、绿氢运输路径对上海获取氢气的成本影响，为上海选择大规模廉价和安全的氢气提供指导。
