圖 第六次評估報告 (AR6)

可再生天然氣和氫氣被視為實現交通脫碳和零排放目標所需的能源組合的關鍵部分。這兩種燃料最成熟和最主要的儲存系統包括 III 型和 IV 型壓力容器，分別由碳纖維增強環氧樹脂復合材料包裹在鋁內膽，和塑料內膽上，采用纖維纏繞工藝成型。

此前，協會專題《無內襯（V 型）壓力容器研究進展分析解析》中，揭示了其在航天應用中，顯著降低運載火箭的成本，增加有效載荷的運載能力的潛力，本文講進一步探討除V型容器之外，各式復合材料壓力容器的未來市場展望。

壓力容器及壓力容器用碳纖維的產量雙增長

圖 壓力容器對碳纖維的需求不斷增長

東麗公司的 T700 標準模量碳纖維已成為在 350 和 700 巴標準壓力下儲存氫氣以及在 250 巴壓力下儲存壓縮天然氣或可再生天然氣的 IV 型壓力容器的基準。據東麗的一份戰略文件預計，壓力容器用碳纖維的年需求量將增長 42%，到 2025 年將達到近4萬噸/年。2023 年 7 月，東麗還宣布將把其位于南卡羅來納州斯帕坦堡和韓國龜尾的工廠的碳纖維產量提高 20% 以上，到 2025 年達到 35000 噸/年。該公司指出，這是為了應對壓力容器需求的增長。

此外，曉星公司（Hyosung）也是壓力容器用碳纖維的供應商，2023 年的產能為 9000 噸/年。2022 年，Hyosung 宣布將擴大產能，到 2028 年達到 2.4 萬噸/年。據韓國媒體 2023 年報道，2024 年 Hyosung 的產能將達到 16500 噸，2025 年將達到 21500 噸。該公司還將在越南南部建立一個新的碳纖維生產實體，即 Hyosung Vina Core Materials Co. 建設將于 2025 年完成，年產能為 4,800 噸，到 2029 年將擴大到 12,000 噸，到 2032 年將擴大到 21,600 噸。

回到壓力容器市場。去年，包括 Hexagon Purus、Forvia、Plastic Omnium（現為 OPmobility）和 Luxfer Gas Cyliders在內的制造商也宣布增加壓力容器產量。

普拉斯蒂克·奧姆尼姆和浙江瑞恩之間的合資公司- PO-Rein，計劃于2026年投入運營，每年為中國商用車市場生產多達60,000個氫氣容器和高壓氫氣儲存系統。（參考國際動態《普拉斯蒂克·奧姆尼姆開始在中國建設氫氣壓力容器巨型工廠》）

V型無內膽壓力容器

隨著 IV 型儲罐市場的增長，制造商繼續開發無內膽的全CFRP V 型儲罐。據估計，與 IV 型儲罐相比，去掉內膽可減輕 10-30% 的重量，并可多出 10% 的內部容積用于儲存 氫氣。但是，容器的纏繞仍然需要某種類型的芯軸，而且如果沒有內膽，罐內的氣體或液體會滲透復合材料纏繞壁。要長期使用，特別是在承受壓力、溫度和外部負荷的反復循環時，必須克服這一問題。但如果能克服這個問題，V 型儲罐應該更適合目前正在尋求的可適應的非圓柱形幾何形狀，以便更好地安裝在汽車、飛機和其他車輛上（見下文 "可適形氫氣儲罐"）。V 型罐最初用于太空工業，儲存液氧 (LOX)、液氫 (LH2) 和其他低溫燃料，現在正開發用于地球上的運輸應用。

儲氫市場需要多種解決方案，以滿足對儲存和加氣的各種要求。液氫具有更高的容積密度，在 700 巴的 IV 型儲氣罐中比壓縮氫氣多存儲 40% 的燃料。因此，輕質液氫儲罐被認為是至關重要的。在沒有足夠空間容納所需的大型 IV 型壓縮氫氣儲罐的情況下，輕質液氫儲罐可為零排放航空的長航程飛機脫碳。

圖 與壓縮氫氣和液氫相比，低溫壓縮氫氣的存儲密度更高

第三種方案提供了一種介于液氫和壓縮氫氣儲存之間的混合解決方案。低溫壓縮氫氣利用低溫（40-80K/-233°C至-193°C）和中壓（如350巴）來消除液氫的沸騰問題，并實現比壓縮氫氣和液氫更高的存儲密度。該技術分別于 2003-2013 年在寶馬公司開發，1997 年底至 2020 年在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發。目前，兩家公司目前正在加速將低溫壓縮氫氣系統商業化。

據報道，低溫壓縮氫氣儲罐有如下優點：

• 重型卡車的續航里程延長至 1,000 至 1,300 公里，而容積相似、壓力為 700 巴的壓縮氫氣罐的續航里程僅為 724 公里。

• 氫氣以冷氣而非液體形式儲存，消除了沸騰問題，降低了隔熱要求和成本。

• 與 IV 型儲氣罐相比，低溫壓縮氫氣儲罐使用的碳纖維減少了 60-80%，從而降低了大量成本并解決了供應問題。

• 帶低溫壓縮氫氣儲罐的車輛可在現有的 350 巴壓縮氫氣壓力下加油（如果低溫壓縮氫氣最大工作壓力大于 440 巴，以符合最大壓縮氫氣加油壓力）。如果低溫壓縮氫氣的最大工作壓力大于 440 巴，以符合壓縮氫氣的最大加油壓力）或低溫壓縮站中的液氫。

• 低溫壓縮氫氣系統可在 5-15 巴的壓力下為燃料電池供氣，在 10-50 巴的壓力下為內燃機供氣。

IV 型壓縮氫氣儲罐是圓柱形的，因為它是僅次于球形的最有效的抗高壓結構形狀。但是，它們不容易裝入車輛。開發與電動汽車電池組相同扁平空間的適形氫氣儲罐，成為一個日益增長的趨勢。可適形氫氣儲罐也可以更好地安裝在小型飛機的機翼或機身內。