编译|| 少数異見
校正|| FM0199
摘要：目前，没有任何一种氢载体在所有方面(储存，运输，能量损失，危险性，现有基建的匹配度)都具备压倒性的优势，因此许多从业者认为，应当根据用途来区分使用不同的氢载体。本期将通过表格与文字的方式，说明几种得到普遍认同的氢载体，来了解它们的利与弊。（文末送上科普视频：磁性冷冻法获取液态氢气的原理简介）
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FM0199专栏：第2期
氢气的多种储存法，不同特点决定了它们的不同应用
氢气在一个大气压下的体积密度极低，储存和运输都十分困难。如果将其转换为更加紧凑的材料“氢载体”，能使氢的使用更加便利。但这些方法都有好有坏。目前基本根据氢气的用途，使用不同的“氢载体”，但为了增加市场份额，各个氢载体的阵营间已经开始竞争。在这场竞争中，逐渐诞生了超出以往认知的使用方法和技术创新。
为了实现2050年碳的零排放，氢气在未来社会中扮演着非常重要的角色。它的使用非常广泛，包括电力调平、储能方式(类似于二次电池)、化石燃料的替代燃料、石油和钢铁的精炼材料。但是，如果在气体状态下使用氢气，会面临很多问题。氢气在一个大气压下的体积密度极其低，不适于储存和运输。因此在储存和运输时，人们往往将其转换为其他状态，也就是“氢载体”，等到使用时再还原成氢气。
包括未压缩的氢在内，大致有六种氢载体（未压缩氢气，液化氢气，压缩氢气，MCH，液化氨，氢气合金）。如果算上甲烷(CH4)等现有燃料的合成版本在内，则有7种以上。在这其中，【日本战略创新创造计划】把液化氢气，液化氨气，以及MCH(甲基环己烷 )作为最合适氢气载体的候补，进行相关方面的研究（Figure 1）。这三种载体的物理化学性质如Table 1所示。在致密性（氢气密度）方面，液态氨更胜一筹，但从氨气中提取氢气会损失约30%的能量（MCH的损失更高），且会产生对人体有害的恶臭。
Figure1 【日本战略创新创造计划】把液化氢气，液化氨气，以及氨气作为最合适氢气载体
Table 1 各种氢气载体的物理特性
Table2（本期公众号的核心内容） 则梳理了各种氢气载体(加上甲醇作为对比)的利与弊，目前，没有任何一种氢载体在所有方面(储存，运输，能量损失，危险性，现有基建的匹配度)都具备压倒性的优势，因此许多从业者认为，应当根据用途来区分使用不同的氢载体。
Table 2 各种氢气载体的利与弊，成本概念图，以及比较适合的用途
然而，未来也有可能集中使用特定的氢载体。或是由于技术创新，以往的问题迎刃而解，从而统一使用某种氢载体。成为主流的氢载体也会相应改变基础设施、技术和社会形态。从现在开始，我们将着眼于每种氢载体的特点、问题和未来潜力。
在各种氢载体中，很多人会由液化天然气（LNG）类比想到液化氢气。海上大量运输氢时，液化氢气被认为是最优解。LNG运输巨头川崎重工于2020年底在神户港完成世界首艘液化氢运输船的建造工作。并于2021年实现了从澳洲向日本运输液化氢气的验证实验（Figure 2）。川崎重工成立了技术研究协会——无二氧化碳氢供应链促进组织（HySTRA）来推进这项业务。目前，除川崎重工外，岩谷株式会社、壳牌日本、丸红、ENEOS、川崎汽船等也加入其中。但是，作为建设氢能社会的重要项目，参与企业的数量依然有限。缺乏发展的动力可能是由于存在诸多挑战。具体来说，为了完成氢气液化，需要将其保持在-253℃的极低温度。为此需要消耗大量的电能，甚至超过了氢气本身发热量的30%。此外，在储存和运输过程中，也需要不断地提供电力来保持这一温度。
Figure 2. 川崎重工的液化氢气运输船（中间的球形容器是液化氢储存罐）
Figure 3. (a)液化氢的液化温度（沸点）比液化CH4 (LNG) 和液氮低得多。(b)因为储存过程中需要持续冷却，即使是LNG也难以长期储存，使用储罐通常只能储存一个月以内。因此可以说，液化氢不适合长期储存。
储存LNG时，如果把LNG放进巨大储罐中储存，由于汽化现象，一年后会损失将近一半(LNG运输船在运输过程中，可以回收汽化的天然气，用于船舶航行的燃料，因此不会产生巨大的能源浪费。但如果是氢气，回收汽化的气体并不容易)。因此，一位能源行业从业者表示，如果用储罐储存LNG，最多保存一个月。
可以预见到的是，由于液化氢气需要保持比LNG更低的温度，所以液化氢气汽化损失的速度也更快。因此，液化氢气无法满足一个月以上的长期储存要求，其作为氢载体的用途非常有限。液化氢气已经处于十字路口，但是川崎重工却执念于这项技术，并宣称他们的液化氢气储存运输技术是模仿不来的。
对于国内而言，氢气的储存运输现阶段还没有最优解，小编认为应根据我们国家的基建，农工业的供需平衡，以及社会需求来解决氢气在运输，储存上面的问题。
彩蛋 → 磁性冷冻法获取液态氢气的原理简介↓↓↓↓↓↓↓↓
下一期SCItech会着重介绍基于磁性冷冻的液化氢气制造技术。
下期预告：
①.向革命性氢气液化技术发起挑战
②.连载——从LCA的观点看光触媒全分解水制氢技术 (一)
③.连载——从LCA的观点看光触媒全分解水制氢技术（二）
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