【应用研究】低温压缩储氢罐用于重型卡车

Cryotomotive 公司的 CRYOGAS- Cryo-compressed hydrogen Gas 解决方案声称其具有最高的存储密度、最低的加氢成本和最宽的工作范围，且没有氢（H2）损失，同时使用了高压缩存储罐所需的五分之一的碳纤维。 氢气被认为是减少二氧化碳排放和应对日益严重的气候危机所需的能源转型的关键部分。在 2022 年 9 月的报告《2022 年氢能展望》中，氢能理事会重点介绍了 680 个全球大型项目，这些项目到2030 年将在氢能方面投资 2400 亿美元，自 2021 11 月以来增长了50%。该报告还引用了发动机制造商康明斯（美国印第安纳州哥伦布市）执行主席汤姆·莱恩伯格（Tom Linebarger）的话：“为了迈向零排放的未来，我们必须为客户提供多种解决方案，这些客户需要在世界各地进行截然不同的应用，而氢气将发挥至关重要的作用。”氢能市场还需要多种解决方案，以满足存储和加氢乘用车与重型卡车（还有大型飞机与小型飞机）的不同要求。目前有三种存储方式：

1. IV 型压缩氢气（CGH2-compressed hydrogen gas）存储罐；
2. 重型卡车和航空用液氢（LH2-liquid hydrogen ）存储罐；
3. 低温压缩氢气（CcH2- cryo-compressed hydrogen）存储罐。为运

输/移动应用中的车载提供的第三种选择。 低温压缩氢气（CcH2）储罐提供了液氢（LH2）和低温压缩氢气（CcH2）储存之间的混合解决方案。通过使用低温（例如 40-80K/-233°C 至-193°C）和中压（例如 350 bar），宝马消除了LH2 的蒸发问题（LH2 的沸点高于-253°C）并实现了比 CGH2-和 LH2高得多的储存密度。

在 2010 年至 2013 年的演示中，宝马介绍了一种原型 CcH2 系统，该系统可实现 5 分钟以内的加油和 500 公里以上的续航里程。该系统使用一个 235 升复合材料外包装压力容器（COPV- composite overwrapped pressure vessel）作为内罐，并在该内罐和金属外罐/护套之间进行低温隔热。据报道，该 CcH2 储罐在 350 巴条件下储存了 7.1 千克氢气，而标准 350 巴和 700 巴 CGH2 储罐中分别储存了 2.5 千克和 4.6 千克氢气，重量密度为 5.4 重量%，蒸发率每年<1%。存储罐被拉长，以适应汽车的车体结构。

Tobias Brunner 博士是参与这项工作的关键研究人员之一。2015年离开了公司。他于 2020 年共同创立了 Cryomomotive（德国格拉斯布伦），获得了宝马的关键专利，以将其 CcH2 技术应用于卡车、商用车和飞机。

Cryotomotive 已经为卡车建造了全尺寸的演示存储罐。一旦商业化，这些储罐的直径将在 600 至 700 毫米之间，长度将在 2350 至2650 毫米之间，以两至四个储罐系统配置容纳 75 至 115 千克的CcH2 气体。它们将配备一个 III 型（用碳纤维/环氧树脂复合材料包覆的铝内衬）内压力容器，该容器封装在铝外壳中，并通过真空中的多层绝热（MLI- multi-layer insulation）与铝外壳隔开。MLI 包括多层铝箔和玻璃纤维织物，以防止辐射传热。非导电复合悬架/支架将内罐位置保持在外罐内。

2022 年 9 月，Cryomomotive 宣布已从 Mikrosam（马其顿普里莱普）调试了一台自动缠绕机。布鲁纳说：“我们已经建立起了制造能力，因为世界上没有人能够生产这种尺寸的卡车用外包装存储罐。”。“我们还开发了一个新的加氢站（HRS- hydrogen refueling stations）概念，包括我们与合作伙伴开发的新泵和新喷嘴。它是世界上容量最高的喷嘴，每分钟 15 公斤，而且非常紧凑。”

Cryotomotive 计划在 2025 年前在重型卡车上实现首次商业应用，到 2026 年可生产数百辆 CcH2 储罐，到 2027 年可生产数千辆。Tobias Brunner 指出：“这项技术也可能是小型飞机和小型船舶的完美解决方案。”。