1.3 低溫液態儲運氫

低溫液態儲運氫技術是指將氫氣從常溫氣態冷卻至-253℃液化，并對液氫進行儲存與輸運的技術。氫氣液化的理論能耗在4～5kW·h/kg，而實際的低溫工程中液化氫氣的綜合能耗在6.5～20kW·h/kg之間，這與氫氣液化的規模有關：當氫液化的規模在2t/天及以下時綜合能耗超過20kW·h/kg，而當氫液化規模在150t/天時可降至6.7kW·h/kg甚至更低，10～30t/天氫液化工程的綜合能耗在10～14kW·h/kg之間。這也是需要不斷提高氫液化工程規模的重要原因，只有在大規模應用液氫時才具有經濟性。一般來說，氫液化工程的經濟平衡點在8～10t/天，與可利用的電價和氫源有關。

液氫主要采用陸路或海上進行長距離運輸。液氫槽罐車的單次運輸能力在2.5～3.3t，是20MPa長管拖車單次運輸能力的6～8倍，且運輸車的自重降低30%左右，因此液氫的經濟運輸距離可達1000km以上，如圖1-9a所示。海上液氫運輸是液氫儲運的另一種重要途徑，LH2 Europe與C-Job Naval Architects合作設計開發了一艘141m的液氫運輸船，該船由氫燃料電池提供動力，并將配備三個總容量為37500m3的液氫儲罐，足以為40萬輛中型氫燃料汽車或2萬輛重型氫動力貨車補充燃料（圖1-9b）。

圖1-9 低溫液態儲運氫

在液氫運輸到加氫站后，如果面向35MPa/70MPa高壓儲氫的燃料電池汽車加注，可采用液氫泵增壓然后汽化器復溫（以環境作為熱源，無需額外耗能）的方式，不僅壓縮液體的液氫泵比壓縮氣體的壓縮機節能，而且汽化器復溫可以選擇復溫到-40℃，可不必考慮高壓加注膨脹溫升的影響。因此即使液氫給70MPa高壓車輛加注的綜合能耗也不超過2kW·h/kg，能耗優勢明顯。而在大功率長續駛里程的氫能重卡應用場景下，要求的車載儲氫量達50kg以上，如果采用高壓氫瓶，即使是70MPa氫瓶，也需要5～8個250L的大容積儲氫瓶，而液氫瓶只需要一個0.8～1.3m3的液氫燃料罐，其儲氫系統的體積密度和重量密度遠高于高壓儲氫系統。重卡的動力系統電堆功率超過150kW，熱管理系統采用水冷型強制冷卻。在此系統中，車載液氫燃料也需要通過換熱設備加熱復溫到常溫，因此可以采用液氫冷能回收利用的方式來冷卻大功率電堆，使得重卡電堆的設計可以更加緊湊、高效、長壽命。同時，液氫品質的優越性也是高壓氫所不能比擬的，除了氦氣之外所有的雜質氣體遇到液氫都會凝固分離，因此液氫汽化后可直接獲得超純氫，這一品質可以從上游液化一直保持到終端進入電堆，對燃料電池汽車動力系統的長壽命、高性能保證具有重要意義。

總體來說，液氫的應用適合于大規模場景，其經濟性體現在綜合能耗的降低和儲運、加注的經濟性，以及終端的高密度儲氫和高品質利用。終端車載液氫儲氫更適合于重卡和船舶、列車、飛機等，在乘用車和中小型商用車車載儲氫方面并不比高壓儲氫有優勢。