對(duì)于船舶行業(yè)，發(fā)展綠色船舶制造和綠色航運(yùn)，構(gòu)建綠色海洋成為未來(lái)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要方向。相比柴油機(jī)和汽輪機(jī)等傳統(tǒng)船舶動(dòng)力系統(tǒng)，氫燃料電池系統(tǒng)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、振動(dòng)噪聲低、零排放、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，是綠色船舶理想的動(dòng)力源。儲(chǔ)氫裝置的儲(chǔ)氫密度、補(bǔ)給特性、系統(tǒng)復(fù)雜程度、成本等特點(diǎn)決定了氫燃料電池船舶的航速、續(xù)航力、安全性和經(jīng)濟(jì)性，氫氣高效高安全性?xún)?chǔ)運(yùn)是氫能在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。

豐田氫動(dòng)力船舶，圖源Auto車(chē)探

目前國(guó)內(nèi)外船用氫源大部分采用高壓儲(chǔ)氫技術(shù)路線(xiàn)，具有成熟度高、充放氫速度快、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、重量?jī)?chǔ)氫密度較高和成本低等優(yōu)點(diǎn)；但也有體積儲(chǔ)氫密度低、存在泄漏安全性隱患、補(bǔ)給能效較低等缺點(diǎn)，主要適用于儲(chǔ)能數(shù)MWh以下的中小型船舶。

此外，國(guó)外還有液氫裝船應(yīng)用的案例，液氫儲(chǔ)存具有重量和體積儲(chǔ)氫密度高、補(bǔ)給迅速等優(yōu)點(diǎn)，但也有氫氣液化過(guò)程能耗大、日蒸發(fā)率高、液氫儲(chǔ)存安全性和控制要求高等缺點(diǎn)，不適用于氫氣的長(zhǎng)時(shí)密閉存儲(chǔ)、使用和運(yùn)輸，適用于液氫儲(chǔ)運(yùn)船或岸基加氫站儲(chǔ)氫。

目前具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)氫技術(shù)路線(xiàn)有：有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、金屬水解制氫和合金儲(chǔ)氫等方式。幾種儲(chǔ)氫技術(shù)如下所示。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下：

（1）儲(chǔ)氫密度高。以有機(jī)分子材料（如N-乙基咔唑等）作為儲(chǔ)氫載體的體積儲(chǔ)氫密度約為56g/L，其重量?jī)?chǔ)氫量達(dá)5.6wt%，與70MPa高壓儲(chǔ)氫相當(dāng)，有機(jī)液體儲(chǔ)氫載體的理論重量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到6.5wt%以上。

（2）存儲(chǔ)、運(yùn)輸、補(bǔ)給安全方便。儲(chǔ)氫有機(jī)液體為液態(tài)高閃點(diǎn)化合物，遇明火不燃燒，存儲(chǔ)非常安全，在碼頭可利用普通管道、罐車(chē)等設(shè)備快速的完成物料補(bǔ)給，在整個(gè)運(yùn)輸、補(bǔ)給過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生任何氫氣或能量損失。

（3）氫氣純度高、無(wú)尾氣排放。儲(chǔ)氫有機(jī)液體脫氫所得到的氫氣具有較高的純度（≥99.99%），完全滿(mǎn)足燃料電池裝置的用氫需求，且脫氫過(guò)程中無(wú)尾氣排放問(wèn)題。

（4）液態(tài)儲(chǔ)氫載體材料可重復(fù)使用。儲(chǔ)氫有機(jī)液體的加脫氫反應(yīng)完全，反應(yīng)過(guò)程高度可逆，液態(tài)儲(chǔ)氫載體材料可反復(fù)循環(huán)使用。

甲醇制氫技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）儲(chǔ)氫密度高。甲醇材料儲(chǔ)氫密度高達(dá)12.5wt%，裝置重量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)5.0wt%，體積儲(chǔ)氫密度57kg/m³。

（2）制取的氫氣中存在少量CO。甲醇重整制氫反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生少量的CO，容易毒化燃料電池電堆中的催化劑。在使用前需要對(duì)氫氣進(jìn)行分離純化。

（3）有CO₂氣體排放。甲醇重整制氫過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO₂氣體，屬于低碳燃料，根據(jù)碳排放要求一般會(huì)增加碳捕捉裝置。

金屬水解制氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下：

（1）儲(chǔ)氫密度高。金屬水解制氫的材料達(dá)11wt%以上，設(shè)備重量?jī)?chǔ)氫密度約4wt%，體積儲(chǔ)氫密度高于60kg/m³。

（2）制氫過(guò)程安全性好，可靠性高。金屬水解制氫過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)，氫氣即制即用，安全性較高。此外，材料穩(wěn)定，安全性好。

（3）產(chǎn)氫純度高。金屬水解制氫的氣體產(chǎn)物僅有H2和少量水蒸氣，不產(chǎn)生CO、CO₂等對(duì)燃料電池有害的氣體，氫氣無(wú)需純化即可直接為燃料電池供氫。

（4）工作溫度低，無(wú)尾氣排放。金屬水解制氫工作溫度低，無(wú)尾氣排放。

（5）技術(shù)成熟度不高。目前，金屬水解制氫技術(shù)處于預(yù)研階段，需重點(diǎn)突破制氫設(shè)備和反應(yīng)產(chǎn)物處理等關(guān)鍵技術(shù)。

儲(chǔ)氫合金吸氫過(guò)程伴隨熱量釋放，而其逆反應(yīng)放氫過(guò)程則是吸熱反應(yīng)，因此通過(guò)控制熱量供給即可保證氫氣安全釋放。合金儲(chǔ)氫技術(shù)主要特點(diǎn)如下：

（1）技術(shù)成熟度高，安全可靠性得到驗(yàn)證。合金儲(chǔ)氫技術(shù)在多種氫源中，成熟度最高，德國(guó)已在212A和214型船舶上應(yīng)用20余年，安全可靠性得到充分驗(yàn)證。

（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。合金儲(chǔ)氫設(shè)備供氫速度快，可滿(mǎn)足燃料電池裝置各種運(yùn)行工況要求，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征良好。

（3）儲(chǔ)氫密度不夠高，需要發(fā)展新型儲(chǔ)氫材料體系。合金儲(chǔ)氫技術(shù)不足之處在于設(shè)備儲(chǔ)氫率較低，例如，德國(guó)采用的鈦鐵系合金儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)氫率僅1.45wt%。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已成功開(kāi)發(fā)了儲(chǔ)氫率更高的釩系儲(chǔ)氫合金材料，材料儲(chǔ)氫率達(dá)到2.6wt%，設(shè)備實(shí)際儲(chǔ)氫率也可達(dá)到2.2wt%，仍然難以適應(yīng)未來(lái)長(zhǎng)續(xù)航力船舶發(fā)展要求。新型的輕質(zhì)高儲(chǔ)氫密度儲(chǔ)氫材料，如LiBH₄、AlH₃、LiMg(NH₂)₂等體系儲(chǔ)氫密度高達(dá)6.0wt%以上，但是這些材料體系存在技術(shù)成熟度不高的問(wèn)題，還有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。

有機(jī)液體儲(chǔ)氫、甲醇重整制氫、水解制氫和合金儲(chǔ)氫四種儲(chǔ)氫技術(shù)符合船用動(dòng)力對(duì)氫源的安全性和可靠性要求，如下圖所示，從儲(chǔ)氫密度、廢氣排放、工作溫度與耗能、燃料補(bǔ)給和技術(shù)成熟度等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

由此可得出結(jié)論：

• 有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)適用于有高溫?zé)嵩吹拇埃ㄟ^(guò)外供熱體現(xiàn)其高儲(chǔ)氫密度特性；

• 甲醇重整制氫技術(shù)適用于對(duì)碳排放要求不高的船舶；

• 鋁水解制氫技術(shù)需要重點(diǎn)突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，特別是補(bǔ)給技術(shù)；

• 鐵鈦合金儲(chǔ)氫技術(shù)適用于需要較高配重且對(duì)體積較緊張的船舶。

另外，上述四類(lèi)儲(chǔ)氫技術(shù)都需要進(jìn)一步提升技術(shù)成熟度，并降低成本。

綜上所述，目前在船用燃料電池領(lǐng)域儲(chǔ)氫方式多種，在儲(chǔ)氫密度、排放、安全性、補(bǔ)給保障性等方面各有特色，需要針對(duì)不同的船型、排放要求、水域和應(yīng)用周邊的燃料補(bǔ)給保障條件決定選用特定氫源，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型高效高安全性船用儲(chǔ)供氫技術(shù)，以滿(mǎn)足船舶應(yīng)用各個(gè)方面的要求。