氢云研究：液氢与LOHC，谁更适合氢能大规模海上航运?

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2020年以来，欧洲天然气价格暴涨和进口依赖让欧洲各国忧心忡忡。欧盟委员建议：“欧盟各国应在天然气网络中加入氢气等低碳气体，不再签订从他国进口延续到2049年后的天然气长期合同。”不止欧洲，希望借助氢气贸易实现“能源自由”的国家还有日本、韩国等。

如何构建安全、廉价的全球氢气运输体系是开展氢能贸易的前提。日本是最早探索和实践氢气海运的国家，目前在液氢、LOHC、氨-氢联合、LNG-氢联合等较为热门技术方向上均有尝试。2021年日本在氢气海运实践中有两个里程碑事件：（1）借助LOHC技术完成全球首次远洋氢气运输（文莱-日本）任务；（2）日本建造的全球首艘液氢专用运输船“SUISO FRONTIER”举行下水仪式，计划在2022年一季度完成澳大利亚-日本液氢运输实践。这标志着长距离液氢海运时代的开始。液氢和LOHC成为氢气海运研究的重点。

一个现实的问题是，液氢与LOHC，谁更适合氢的大规模航运?哪种技术方向适应的场景更多？哪种技术方向成本更加低廉？本文通过案例分析回答这个问题。

图表1 全球首艘液氢运输船

来源：川崎重工

Moritz Raab在《Comparative techno-economic assessment of a large-scale hydrogen transport via liquid transport media》一文，以澳大利亚-日本为例，将液态氢的大规模点对点输运与LOHC(考虑甲基环己烷TOL和氢化二苄基甲苯DBT两种载体)的输运进行了比较。

图表2 相关条件设置

来源：《Comparative techno-economic assessment of a large-scale hydrogen transport via liquid transport media》 氢云链整理

文章研究的假设如图表2所示。在不考虑制氢过程、考虑制氢成本、各类人工、保险等运输费用情况下，以5000海里运输距离为前提，从“成本—技术”两个维度展开研究，得出以下结论：

（1）液氢和DBT方式有较高的氢气运输产出率

运输产出率是一个衡量不同方式下氢气的运输效率指标。假设在澳大利亚装载的氢气量为Q1，到达日本后可使用的氢气量为Q2，则Q2与Q1的比值（Q2/Q1）即为运输产出率。液氢和DBT均具有较高运输产出率，分别为93.6%和93.8%，而TOL的运输产出率较低，为88.2%。

（2）LOHC的固定成本投入少，但液氢的场景适应能力更强

见图表3，因为液氢运输还需要液化工厂、液氢储罐等配套投入，液氢运输的固定成本投入是最高；虽然LOHC的两种运输方式同样也有脱氢装置等固定成本投入，但远小于液化工厂的投入。

图表3 不同运输途径的固定资本投入

来源：《Comparative techno-economic assessment of a large-scale hydrogen transport via liquid transport media》 氢云链整理

由于TOL脱氢产生的氢气纯度存在杂质，达不到使用标准，在末端需要增加变压吸附装置（PSA）；在DBT方式中，若二苄基甲苯（H00-DBT）存在杂质，吸附氢气后生成全氢二苄基甲苯（H18-DBT）在释放的氢气时也要提纯。因此在场景适应能力方面，液氢要比LOHC模式更强。

（3）不同制氢成本下，DBT均是最经济的运输方式

由于氢在运输过程中的损耗将影响最终运输成本，因此制氢成本对运输总成本有影响。见图表5。TOL方式因为运输产出率低，成本影响明显。当制氢成本为5欧元/kg时，TOL总运输成本已经与液氢基本一致；当制氢成本为7欧元/kg时，TOL总运输成本已经高于液氢。而在各种不同的制氢成本条件下，DBT均是最经济的运输方式。

图表4 澳洲制氢成本不同时的总运输成本

来源：《Comparative techno-economic assessment of a large-scale hydrogen transport via liquid transport media》 氢云链整理

根据上述研究观点，氢云链认为，场景决定运输方式。由于用氢场景多样，现阶段探索多个运输技术方向还是很有必要的。具体分析如下：

（1）成本方面

从图表4可知，出发地和目的地的固定投资成本不同。对于目的地而言，液氢在固定投资是有优势的；若海外制氢点（出发地）较为集中，而运输目的地较为分散，则在固定投资成本上，液氢反而可能会具备优势。

（2）场景方面

从观点2可知，LOHC技术再释放氢气时如果存在杂质，还需要增加提纯设备，在场景适应性上相对液氢较弱。若在经济不发达，或环境条件较差的地区，液氢在应用便利性上可能会具备一定的优势。

（3）安全与环保方面

液氢已经是安全性很高的存储方式，但LOHC的安全性更加优越；同时，LOHC的载体往往具备一定的毒性，若大规模运输过程中出现泄漏问题（类似油轮泄漏），对生态环境会造成一定的影响。所以，液氢与LOHC在安全与环保方面互有优劣。

氢云链小结

航运必然是氢的大规模运输的主要方式之一。研究预测全球2050年低碳氢需求将达到5.3亿吨，其中，近1.5亿吨为海运市场交易。现阶段研究方向更多地考虑了技术的可行和成本的测算，而对于场景适配、成本细节（环境成本、终端使用成本、学习成本等）等各方面仍未有充分的考虑，这些细节也更依赖实践获取信息，需要更多的示范项目积累数据。在氢能海运方面，日本无疑已经走在全球前列。氢云链预计，日本2022年一季度完成澳大利亚-日本液氢运输实践案例后，氢能船舶、氢能海上贸易供应链和示范项目将在全球兴起，包括中国企业也将在不久的将来贡献中国氢能海运的案例。

国内案例分享

国内氢能公司也正在通过其他方式进行了氢能航运的实践。2020年11月，华阳集团正元氢能公司出口印度冈加哈帕纳姆港的“海运精神轮”号商船满载5.25万吨尿素，在河北省黄骅港首航成功。此举打通了中国尿素由黄骅港出口的海运通道，为沧州地区尿素国际贸易增加了一条新的物流渠道。但遗憾的是，这尚未是产业构想中的液氨运输案例。

图表5 满载尿素产品的商船正在驶往印度冈加哈帕纳姆港

图片来源：华能集团

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编辑：氢氢我心 校对：风氢扬 审核：氢云小仙女

来源：《Comparative techno-economic assessment of a large-scale hydrogen transport via liquid transport media》 氢云链

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