随着氢能与燃料电池汽车的规模化发展，比高压气态储氢技术传输效率更高的液氢技术逐渐受到关注。业内人士指出，目前在欧、美、日等地区和国家，液氢技术的发展已经相对成熟，液氢储运等环节已进入规模化应用阶段，而我国液氢技术仍处于起步阶段，氢液化系统核心设备仍然依赖进口。业内呼吁，应运用系统工程的思维，推进我国液氢技术的民用化和商用化。
据了解，目前，国内液氢主要应用于航天领域，且产能较低，在民用领域应用较少。多位业内人士坦言，向民用、商用转化是未来液氢的重要发展方向，而液氢的民用化和商用化进程受到设备技术、液氢自身性质、国家政策以及行业整体发展等多种因素的影响。
核心设备依赖进口
国产化研制亟需精进
“目前国内氢液化系统核心设备仍然依赖进口，设备建造周期不确定，购买和维修维护费用高。”北京航天试验技术研究所高级工程师杨申音表示。
完全自主产权的氢液化装置研发现状如何？北京中科富海低温科技有限公司总经理高金林博士表示，事实上我国从上世纪60年代起就开始了氢液化相关的技术和装备的研究，并于上世纪70年代先后建成了吉林吉化和陕西兴平两个氢液化装置。上述两套氢液化装置均为我国自主研发的全套设备，只是其采用的是较为原始的林德-Hampson循环，虽然结构简单，但是效率低，目前已基本被淘汰。
“因此，准确地说，我国并非没有完全自主产权的氢液化装置，而是没有更先进、更高效、采用逆布雷顿循环的氢液化装置研制先例。”高金林直言。
据了解，目前我国大型氢液化装置设备的国产化工作在中科院理化所、北京航天实验技术研究所和中科富海等研究机构和企业的努力下，已基本掌握了氦制冷机循环预冷型大型氢液化器设计制造的关键技术。不过，在更大型的氢循环液化系统方面，我国还缺乏深入的研究。
“目前，中科院理化所、国瑞氢能、中科富海等单位正在进行这方面的研究，相信将来会有所突破。”高金林称。
暂无法替代汽油燃料
保障能源安全价值可期
液氢推广过程中，质疑与唱衰不可避免地随之而来。有观点认为，液氢作为汽车燃料的前景并不明朗，因为液氢有密度低、粘度低、易泄漏、易挥发等劣势。
资料显示，液氢密度为每平米70kg，相较之下，汽油的密度达到了每平米780kg，是液氢的11倍。这意味着，等体积的热值下，液氢比汽油耗费得更快。例如，同样是加满50升的油箱，以汽油为燃料的小汽车能行驶700公里，换成液氢之后只能行驶200多公里。
对此，高金林表示，虽然液氢密度远不及汽油，却是已知储氢方法中储存密度最高的一种。同时，液氢的粘度与泄漏率没有直接的关系，气体是否易泄漏与气体分子大小直接相关。
要解决液氢在适用性上存在的劣势，需要提升相应的技术手段。“液氢温度极低，在-253℃左右，的确比较容易挥发，但可以通过增强液氢容器保温性能，提高压力等方法减少液氢蒸发率。”高金林称。
同时，液氢是否适合用作车载储氢途径，最主要不是技术的问题，而是要从经济性和安全性综合考量。
高金林进一步指出，目前的实际情况是，在乘用车、公交车、城市物流车等应用方面，高压储氢已经基本可以满足需求，液氢与之相比没有明显的优势和必要性。“但在35吨以上重卡等大功率氢燃料电池应用方面，液氢的优势非常明显，这也是我国相关科技攻关团队近期研究的重点。”
除了经济性，能源安全也是发展液氢的重要原因。“富煤、贫油、少气”是我国的能源禀赋，国际关系局势变化可能导致石油稀缺。“未来，液氢若能成为一种能源，虽然不如汽油方便，但规模化应用于汽车和飞机上，能在紧要关头解决能源危机。”杨申音称。
运用系统工程思维
推进项目示范和行业整体优化
国家先行还是企业先行？这是每一个产业在发展过程中都需要面对的选择。
杨申音认为，液氢发展需要企业率先进行项目示范，“企业申报项目提出需求，国家才能推动相关政策的制定。”与此同时，杨申音强调，行业的整体提升与优化必不可少。
对此，高金林表示赞同。他表示，液氢的推广与氢能市场的发展息息相关，不仅仅是国家先行还是企业先行的问题，而是涉及到整个行业的发展。
“如果氢能产业迅猛发展，氢的供应就会迅速成为一个非常紧迫的问题，国家和企业自然会积极推动液氢行业的发展。反之，如果氢能产业发展迟缓，氢的需求量维持在较低水平，那么在现有氢供应体系可以满足市场需求的情况下，自然不会急于发展氢液化产业。”
除了行业的整体优化，杨申音认为，充分利用系统工程的思维是液氢民用化、商业化应用的核心。“核心技术的积累并非一蹴而就，需要从基础研究、材料、工艺等环节推动系统性工程的进步，以及整个系统的集成优化。而提升与优化技术的推动力正是民用市场的大规模需求。”
高金林也进一步表示，在市场方面，液氢民用化、商业化归根结底还是要扩大需求。在政策法规方面，国家和主管部门需要早日推出液氢生产储运等环节的政策和法规，使得液氢的生产储运及经营有法可依。
“液氢具有危险化学品的属性，生产运营过程中的安全是第一要素，相关从业者要时时铭记于心，这也是这个产业能否健康发展的重中之重。”高金林称。液氢技术能否借鉴LNG工程经验？
有观点认为，氢液化过程就是天然气液化的升级版，在设备结构和工作原理上有诸多可借鉴之处；也有观点认为，氢液化技术比LNG复杂得多，二者铺垫的产业链也不相同，可借鉴价值不大。
不久前，嘉化能源与浙能集团分别签署《战略合作框架协议》及《氢液化工厂合作框架协议》，合作开展氢能综合开发利用，联合建立商用氢液化示范工厂，并确保今年建成投产。
今年2月，鸿达兴业与北京航天试验技术研究所全资子公司航天雷特机电签署了《氢液化工厂设备建设项目合同》，共同推进氢液化工厂设备建设项目。
各家企业在氢液化领域的密集布局表明，液氢的发展已然提速。
当前的氢气供应模式中，高压储运储氢技术较为成熟，但与此同时，高压氢气密度较低，造成氢气运送效率低，最终造成氢气成本居高不下。相较于高压氢气，低温液态储氢可以大幅提高氢气密度，降低运输成本。业内人士认为，氢液化技术将是解决氢大规模储运的关键。
有资料显示，液氢的制造储运与LNG相似，那么氢液化技术能否借鉴LNG（液化天然气）工程经验，LNG的经验和技术又能否应用到氢液化流程和未来的液氢工厂建设中？
预冷原理相近
张家港氢云新能源研究院院长魏蔚表示，液氢作为低温液体的一种，其液化原理与LNG有相似之处，先预冷降温再节流膨胀，且具有明显的规模效应。当液氢生产规模超过10吨/天时，预冷方式不再采用液氮汽化，而是采用氮膨胀制冷循环或混合工质MRC制冷循环来直接预冷氢气，并采用多级换热器进行冷能回收利用，工艺流程的优化使得能耗比液氮预冷工艺显著降低。
纵观天然气液化的技术发展过程，在50000方/天的规模时采用氮膨胀制冷循环，随着液化规模的扩大逐步发展成MRC混合工质制冷循环。“因此可以将包括设备制造、工艺流程技术和工程建设在内的LNG工厂积累的成熟经验，应用借鉴到大规模氢液化工厂的建设中。”
思路经验可借鉴
液化天然气和液氢都是低温液体，区别在于两者处在不同的温度区间，氢液化需要更低的转化温度。在工艺流程上，氢液化的预冷与冷能回收工艺、冷箱设备、低温液体储存等，和液化天然气有很高的相似度。“魏蔚指出，氢液化过程就是天然气液化的升级版，预冷过程采用的氮膨胀或MRC混合工质循环，都与天然气液化工厂的工艺流程非常相似，在设备结构和工作原理上也有很多可以借鉴之处。
资料显示，LNG和液氢的联合生产已有先例，2001年日本首次利用LNG预冷及与空分装置联合生产液氢，由Hydro Edge Co.Ltd承建的LNG预冷的大型氢液化及空分装置于2001年4月1日投入运行。
“氢液化在某种程度上是采用类似大型的天然气液化的流程，先把温度降到-160，再进一步进行冷却到到氢的沸点-253。“魏蔚进一步表示，大规模氢液化步骤的前半段和天然气液化是一样的，所以天然气液化给了氢液化非常好的借鉴。就设备而言，虽然温度差异较大，在材料上差异也较大，但是在结构和原理上有很多相似之处。”
核心技术仍待独立攻坚
不过，北京航天试验技术研究所高级工程师杨申音却持不同观点。“氢液化技术不会太多借鉴LNG，因为LNG这种程度的液化经过较长时间的经验积累已经趋于简单化。从制冷原理的角度讲，两者的原理和基本思路虽然大同小异，但氢液化的技术比LNG要复杂得多。”杨申音表示。
“没有必要借鉴，如果借鉴的话，就相当于高端借鉴低端，没有意义。如果从产业链的发展角度讲，铺垫的产业链也不太相似。”一位不愿具名的业内人士表示。
据了解，氢液化和LNG前期都是用液氮预冷，但在天然气液化的基础上，想把同样的设备升级为可以匹配的液氢系统没有可能性，因为这两个系统量级相差很大，核心设备也有所差异。
“氢液化工艺流程的发展，液氢的规模化生产和液氢工厂的建设，归根结底还是需要自身技术的提高。”业内人士表示，LNG的确能在预冷阶段为氢液化提供相似的原理和思路，但氢液化过程比LNG更为复杂，门槛更高。
“对LNG的工程经验借鉴和联合生产可取，但对氢液化来说更为关键的是核心设备技术的攻坚。”上述业内人士说。
