氢的储运是当前我国氢能行业大规模发展的痛点 ，在此其中固态储氢优势凸显。储氢的技术有很多种 ，如液态储氢、气态储氢、固态储氢等。相比高压气态储氢、液态储氢方式 ，固态储氢的体积储氢密度非常高，固态储氢能够在常温常压下储存 ，使用方便 ，安全性更好。
政策推动氢能产业高质量发展。从全球氢燃料电池汽车保有量来看 ，近几年已实现快速增长。固态储氢在车载储氢环节、加氢站环节、分布式供能 、通信基站的备用电源 、电力调峰电站等具备广阔的技术应用前景。
本文主要依据国信证券经济研究院王蔚祺团队的氢能专题研究报告，对固态储氢的技术、市场和发展现状做行业数据整理和深入了解。
一、固态储氢技术基本介绍
1.1 氢能优势与应用场景
氢气是常见燃料中热值最高的（143 kJ/g），是石油的约3倍 ，煤炭的4.5倍；燃烧过程无碳排放、无污染物产生，发生泄露后极易扩散 ，爆炸下限浓度高于汽油和天然气，具备无碳排、无污染、热值高、安全性好的特点。
在应用场景方面：交通运输业排放占全球碳排放量的1/3，氢燃料电池汽车具有零排放、续航里程长等特点 ，是交运行业减碳的最佳选择；建筑领域中分布式热电联供系统采用氢气供燃料电池发电 ，燃料电池发电产生热量用于供，暖与热水供应；储能领域中氢储能参与电网辅助，氢储能系统耦合风光等可再生能源参与电网削峰填谷、调峰调频等作用；工业领域中氢能炼钢利用氢气的高还原性 ，代替焦炭作为高炉还原剂 ，以避免钢铁生产中的碳排放。
1.2 我国氢能产业具备长期发展潜力
根据中国氢能联盟的预测 ，在2030年碳达峰愿景下 ，我国氢气的年需求量预期达到3,715万吨 ，在终端能源消费中占比约为5% ；可再生氢产量约为500万吨 ，部 署电解槽装机约80GW。在2060年碳中和愿景下 ，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右 ，在终端能源消费中占比约为20%。其中 ，工业领域用氢占比仍然最 大 ，约7,794万吨， 占氢总需求量60% ；交通运输领域用氢4,051万吨 ，建筑领域用氢585万吨 ，发电与电网平衡用氢600万吨。
图：我国氢能年产量以及未来预期（万吨）
数据来源：中国氢能联盟 ，国信证券经济研究所
图：2060年我国氢能各领域用量展望
数据来源：中国氢能联盟 ，国信证券经济研究所
1.3 储氢：气态、液态、固态
高压气态储氢技术通过高压是将氢气压缩于高压容器中 ，来实现氢气的储存 ，通常由钢、铝、碳/玻璃纤维、高分子材料等制成。优点：压力容器容易制造；制备压缩氢的技术简单；成本较低；缺点：能耗高；安全性隐患高，加氢站成本高。目前高压气态储氢技术主要应用在运输领域，加氢站和燃料电池车上均应用高压储氢瓶作为储氢装置。
低温液态储氢技术是采用低温技术将氢气冷却到液化温度（标准大气压下，-253℃）以下，以液体形式储存在高度真空的绝热容器中；优点：质量储氢密度高（大于5%），常温常压下液氢的密度为气氢的845倍，适用于距离较远、运输量较大的场合；缺点：成本高，能效低，存在泄露问题，每天损失可能达到1-2%；绝热系统复杂。低温液态储氢技术目前美国、日本等已经实现了大规模的商业应用，国内应用最早起步于军事、航天等领域。
固态储氢技术是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合，来实现氢气的储存。从材料分类上有金属合金、碳材料等。金属氢化物合金又可细分为稀土系、钛铁/锰系、钒系和镁系等；优点：体积储氢率高，安全性能高、能效高，加氢站从成本低；缺点：大多数材料质量密度低，镁系质量密度高，但放氢需要消耗大量热，对热交换装置要求高；尚未达到产业化规模。固态储氢从体积储氢密度、安全性等因素考虑，是最具商业化发展前景的储存方式之一。
1.3.1 固态储氢的技术路线
固态储氢技术路线主要可分为金属氢化物，配位氢化物，碳材料，金属有机骨架材料（MOFs）和水合物储氢等。
1）金属氢化物为固态储氢主流技术路线，涉及材料包括镁系、钛系、钒系、稀土系及复合储氢合金等；其中镁系合金储氢容量大（最高可达7.6%），但放氢温度高，通常需要300℃；钛系、钒系、稀土系储氢合金储氢容量为1.4%-2.4%不等，放氢温度明显较镁系合金低。
2）配位氢化物路线需要碱金属（锂、钠、钾等）或碱土金属（镁、钙等）或第三主族元素（铝、硼等）。
3）碳材料路线需要活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管等材料。
表：不同金属氢化物相关性能对比
资料来源：Muhammad R. Usman《Hydrogen storage methods: Review and current status》， Sanjay Kumar《Development of vanadium based hydrogen storage material: A review》，国信证券经济研究所
1.3.2 金属氢化物吸放氢基本原理
金属储氢材料通过金属氢化物的形式来将氢气储存在合金中。吸氢过程中，合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下, 发生放热反应吸收氢气生成金属氢化物；放氢过程中，金属氢化物在加热的情况下发生吸热反应释放所吸收的氢气。
图：金属氢化物吸放氢基本元力
资料来源：马通祥,高雷章等《固体储氢材料研究进展》
国信证券经济研究所
1.4.1 储氢运氢：气、液、固三种方式比较
表：不同氢储运方式比较
数据来源：全球氢能，DT新能源，中国工程院，国信证券经济研究所
1.4.2 储氢运氢：三种形式的结合应用场景
对于高压气态储运，当运输距离为50km时，运输成本为3.6元/kg，随着距离的增加长管拖车运输成本大幅上升，当运输距离为500km时，氢气的运输成本达到29.4元/kg。因此，长管拖车只适合短距离运输（小于200km）。
固态储氢车与液氢槽罐车运氢成本对距离不敏感，当加氢站距离氢源点50-600km时，运输价格约在10-13元/kg范围内，成本变动与储运氢过程中耗电费用，载氢量有关，在长距离运输下，固态储氢车与液氢罐车都具备成本优势。
管道运氢成本主要来源于与输送距离正相关的管材折旧及维护费用，当输送距离为100km时，运氢成本仅为0.5元/kg。但管道运氢成本很大程度上受到需求端的影响，在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下，管道运氢的成本优势并不明显。
图：不同输氢方式在不同运输距离下的成本对比（元/kg）
数据来源：《氢能供应链成本分析及建议》，国信证券经济研究所
178 0012 6383