近年来，氢燃料电池凭借着清洁、高效、可再生等显著优势，成为氢能产业中兼具商业价值和环保价值的重要发展方向。
根据《2019中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中的总体目标，中国氢能在中国能源体系中的占比到2025年、2035年和2050年将达到4%、5．9%和10%，年经济产值到2050年将超过10万亿，燃料电池车的数量将超过500万辆。一个高效、可靠、低成本的氢供应链是燃料电池产业发展的基础。 我国是产氢大国，可以充分保证氢燃料电池产业所需的氢源。但我国的氢气主要来源与煤炭工业联系紧密，集中在我国的三北地区，而东部沿海地区能源需求量巨大，因此存在严重的氢能供需错配问题。所以，我国氢能和燃料电池产业发展的核心问题不在于使用氢，而在于输运氢。
由于氢气密度小的特性，在尚未具备大规模管道输氢的技术背景下，将氢液化以提高储运密度是最直接有效的输送方法。相较于高压储运，液氢储运具有运输成本低、氢纯度高、计量 柴油车节油器方便等优势，更适合大规模部署和输运。本文介绍了以液氢储运为核心的“氢气制取—液氢生产—液氢储运—气化加注”氢燃料供应未来发展模式，通过对比当前的气氢储运技术，对液氢形式的氢能供应链各个环节的优缺点以及未来发展的技术难点进行了分析。
1、传统制氢技术
传统的化石燃料制氢主要有煤制氢、天然气制氢，氯碱工业副产提纯和甲醇制氢等。中国煤炭资源丰富，煤制氢成本低、技术成熟，虽然存在产氢效率低、环境污染的问题，但煤化工仍是短期内中国氢的主要来源。天然气制氢成本略高于煤制氢，能量转化率高，但硬件成本较高，也是目前工业中主要的制氢方式。氯碱工业副产提纯制氢则是回收提纯原本直接排放到空气中的副产物氢气，具有良好的经济前景。甲醇制氢则主要受甲醇原料成本的限制，工业中应用较少。
2、新型制氢方式
化石燃料日益枯竭，传统制氢方法带来的环境污染问题，促使从其他原料中获取氢的研究
快速发展。目前采用新型制氢方式主要有:电解水制氢、光制氢和生物质制氢等，未来主要需要攻克的技术问题是大规模低成本制氢。
电解水制氢技术研究已久，其原料广泛、无污染，目前的主要问题是电解过程中电力成本过高。通过降低电解过程中的能耗以及采用清洁能源作为电力来源的方式，解决成本问题后将不失为一种有效的方式。
光制氢中除了用光能提供电解水所需能量的制氢方法外，还可以通过光热化学、光电化学和人工光合制氢。但光制氢技术尚处于实验阶段，距离产业化应用还有一定的距离。
生物质制氢是将秸秆、稻草等通过裂解或酶催化反应得到氢气，和光制氢一样，生物质制氢技术尚未成熟，无法做到长时间连续稳定地运行。
二、液氢的生产
引道结构图1、氢液化流程
氢的液化最早由英国的JamesDewar于1898年通过J－T节流实现。到1902年出现了Claude
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循环，区别于之前的氢液化方式主要在于膨胀机的使用。使用液氮预冷、膨胀机提供低温区冷量的Claude循环，效率比采用J－T节流的LindeHampson循环高约50－70%。
目前，Claude循环仍然是大型氢液化装置的基础，根据制冷方式的不同又分为氢膨胀制冷和氦膨胀制冷氢液化流程。氢膨胀制冷采用氢气自膨胀提供低温区冷量。而氦膨胀制冷循环氢液化流程则是利用沸点更低的氦作为制冷剂提供低温区冷量。
无论在氢膨胀制冷或在氦膨胀制冷氢液化流程中，透平膨胀机均是最关键的核心设备，也是系统低于80K温区的主要冷量来源。
为了获得透平膨胀机的大冷量、减少系统复杂性，透平膨胀机需运行在大膨胀比工况，这就意味着透平中的工质流动与能量转换复杂。另外，氢、氦的物性与普通工质有着迥然区别，这就使透平的转速超高，需采用氢、氦气体轴承，这就对高速转子系统的稳定性带来了更高的要求。要获得优异的透平膨胀机性能，不仅需要对冷端的低温膨胀特性进行深入研究，也需要充分关注制动端的离心压缩特性和整机的匹配，且在热力学设计与分析的同时，尚需考虑转子的气动与机械性能。大冷量氢、氦透平膨胀机的研制是目前氢液化系统的难点和急需解决的问题。
so.csdn/api/v3/search?p=1&t=all&q=氢液化流程中，氢的正仲转换器也是一个重要的设备。根据氢的物理特性，随着温度的降低和氢的液化，正氢会逐步转变成仲氢，并放出大量的热量。若液氢产品中存在未转换完成的正氢，后的正－仲转化热会导致液氢产品气化。所以，液化后液氢中仲氢含量需大于95%。
4d动感座椅正仲转换器通常布置在多个低温换热器后，随着技术的发展，也有氢液化系统，如Linde在德国Leuna的装置中正仲转换器全部置于换热器内部。
2、国内外液氢产能对比
氢化松香国外的氢液化技术发展较早，技术已很成熟。国内起步较晚，与国外存在较大的差距。从液氢产能上来看，北美占了全球液氢产能总量的85%以上。美国本土已有15座以上的液氢工厂，液氢产能达326d/t，居于全球首位，加拿大还有80d/t的液氢产能也为美国所用。美国液氢产能的10%左右的液氢用于氢燃料电池的应用。近年来，美国开始了新一轮的液化氢工厂建设，以扩大液氢产能，预计2021年美国本土的液氢产量将超过500d/t。欧洲4座液氢工厂液氢产能为24d/t。亚洲有16座液氢工厂，总产能38．3d/t，其中日本占了三分之二。
中国液氢工厂有陕西兴平、海南文昌、北京101所和西昌基地等，主要服务于航天发射，总产能仅有4d/t，最大的海南文昌液氢工厂产能也仅2d/t。目前中国民用液氢市场基本空白，根据科技部2020年“可再生能源与氢能技术”重点研发专项指南，中国急需研制液化能力≥5d/t且氢气液化能耗≤13kWh/kgLH2的单套装备，指标与国外主流大型氢液化装置性能基本一致，以期尽快缩短我国产品成本、质量和制造水平与世界发达国家的差距。
作为液氢生产大国的美国一直以来对中国都采取“严格禁运，严禁交流”的策略，同时还限制其同盟国的公司，例如法液空、林德公司等向中国出售设备和技术。这些都使得我国获取氢液化设备的成本高昂，在进行价格谈判时处于被动地位。在设备的建造周期、设备可获得性上存在不确定性。同时进口设备还存在维修维护费用高等问题。在技术封锁下，中国尚未具备独立研发大规模氢液化装置的能力，严重限制了我国氢能产业的发展，是目前亟待解决的问题。
3、国内氢液化装置发展方向
氢液化技术成熟的发达国家正通过创新氢液化流程和提高设备工艺及效率的方法，提高氢液化装置的效率和降低能耗。一些采用高性能换热器、膨胀机和新型混合制冷剂的氢液化
创新概念流程的能耗最低已至4．41kWh/kgLH2。 国内虽然于上个世纪末自主开发了氦膨胀机制冷的小型氢液化装置，但系统能耗、产品质量和制造水平和美国等发达国家比还存在很大的差距。作为液氢供应链的基础保障，突破技术壁垒，掌握独立研发大规模氢液化装置的能力迫在眉睫。国内的大型氢液化装置主要需要突破低温氢工况材料选用，氢、氦透平膨胀机研制和正仲氢转化催化剂等技术难题。
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