新興的H2經濟推動了飛機、船舶和天然氣運輸的儲罐開發。

Universal Hydrogen的雙罐模塊使用碳纖維 包裹的壓力容器在850巴的壓力下儲存H2氣體，使Dash 8或ATR渦輪螺旋槳飛機的航程達到740公里（400 海里），并使用現有基礎設施輕松運輸和裝載

氫作為化石燃料的無二氧化碳替代品已經出現了幾十年，用于儲氫的碳纖維增強塑料（CFRP）壓力容器的增長肯定在上升。但在2020年，氫能成為一項授權，被歐盟委員會（EC）確定為到2050年實現可持續經濟和氣候中立歐盟的歐洲綠色協議的關鍵優先事項。

航空氫的關鍵事件包括：

◆2020年5月，“清潔天空2號”和“燃料電池與氫聯合事業”（FCH JU）發布了“氫動力航 空”，詳細介紹了短程（85-165名乘客）氫動力飛機如何在2030-2035年前投入使用 （EIS- entry into service ）。

◆2020年6月，法國170億美元的疫情救助計劃 與“氫動力航空”報告中的目標掛鉤；法航表 示，到2024年，將把國內航班的二氧化碳排放量減半。

◆2020年7月，歐盟委員會發布了“氣候中性歐洲的氫能戰略”，呼吁為氫能運輸、分配、儲存和加油站投資650億歐元，列出了包括清潔氫 能伙伴關系和ETS創新基金在內的支持政策和 融資機制（2020-2030 年為100億歐元）。

◆2020 年7月，空中客車公司首席執行官紀堯 姆·福里在接受《航空周刊》編輯格雷厄姆·沃 里克采訪時承諾，到2035年將推出首款脫碳飛機環境影響報告；他預測該項目將于 2027-28年啟動，必要技術將于2025年成熟。

◆2020年7月，ZeroAvia（美國加利福尼亞州霍 利斯特）完成了單引擎六座Piper飛機的試飛，該飛機被改裝為使用壓縮氫（H2）氣體， 并根據其路線圖公布了一架類似改裝的雙渦輪 螺旋槳 19 座 Dornier Do 228在美國的飛行測試，以在 2023 年前認證一架20座H2動力飛 機，航程500英里。

◆2020年8月，環球氫能公司（美國加利福尼亞州洛杉磯）宣布，一架50座飛機的雙儲罐模塊 （見圖），以及地區航空公司/運營商的加氫物流和基礎設施，將于2024年投入商業運營。

氫作為燃料來源的可行性——無論行業如何—— 取決于各種運輸、交付和儲存技術的快速發展，這些 技術都是年輕但發展迅速的。將這些技術商業化并不簡單，但它們正在得到解決。以下是正在進行的一些工作的摘要。

通用氫公司

Universal Hydrogen由空客SE（荷蘭萊頓）和聯合技術公司（美國康涅狄格州法明頓）前首席技術官Paul Eremenko于 2020年共同創立，其目標是通過提供氫燃料基礎設施來幫助向氫動力航空轉型。一個關鍵部件是其燃料模塊，該模塊包括碳纖維增強聚合物 （CFRP）框架中的雙H2儲罐。環球氫能首席技術官J.P.Clarke解釋道：“我們將根據需要向現場供應模 塊，因此不需要儲氫基礎設施。” “這些模塊就像電池或廚房用品一樣簡單地裝載到飛機上。”

環球氫能提出為基礎設施提供燃料的區域渦輪螺旋槳飛機

模塊已首先為50座Dash 8和ATR渦輪螺旋槳支線飛機開發。這些模塊將采用長3.36 米、直徑1.44 米 （7 英尺長、3英尺直徑）的罐，使用碳纖維在850巴下保持H2氣體，達到50kg/m³的密度，或者使用絕熱金屬罐在標準壓力和溫度下保持液體氫（LH2），達到71 kg/m³的密度。盡管LH2儲罐具有更高的容積效率， 但隔熱但未冷卻的儲罐必須在42小時內使用，因為如果不保持在-253°C，LH2就會蒸發。克拉克說：“這兩種類型的儲罐都將安裝在一個重量輕、結構優化的復合材料框架內，該框架還具有抗沖擊性和一些承載能力。”

H2儲氣罐將包括一個不滲透的聚合物內襯，內襯有多層干碳纖維編織物和一個Kevlar芳綸纖維保護外層。“不需要樹脂， ”克拉克解釋道。“內襯解決了滲透性問題，而碳處理了環向和軸向載荷，外層加框架防 止了損壞；因此重量和厚度都減少了。這種集成的儲 罐和框架設計，再加上每個儲罐層的功能映射，使我 們能夠在質量分數上獲得一些顯著的改進。”

質量分數是通過將儲存的氫氣質量除以整個模塊 的質量來計算的，因此質量分數越大越好。克拉克指出：“我們對Dash 8和ATR飛機的質量分數和體積效率進行了非常廣泛的權衡研究。” “因此，你要考慮 的是燃料的體積和重量，以及這些飛機所能容納的燃 料、可實現的航程和最大起飛重量、重量分布等。在850巴的H2氣體下，我們可以在45分鐘的儲備下飛行約740公里（400海里），在LH2坦克下飛行約 1000 公里（550海里）。然而，渦輪螺旋槳飛機任務的平均 級長約為300海里，因此這些飛行中的絕大多數都可 以使用碳纖維增強塑料罐的氣態H2系統完成。”

環球氫能公司將與復合材料儲罐制造商合作嗎？克拉克說：“我們的戰略是在有意義的地方合作，并堅持我們的核心業務。”他重申了通用氫能的重點：“我們希望成為燃料和基礎設施的供應商。我們將提供模塊，并將其運到需要的地方，以便我們的合作伙伴 能夠專注于飛機的其余設計和運營。我們的目標是成為氫動力航空的推動者。”

SpaceTech4Sea 項目

與航空業一樣，航運業也受到旨在減少二氧化碳 和其他溫室氣體排放的法規的約束。從2018年1月起，在歐洲經濟區（EEA）港口裝卸貨物或乘客的總噸位超過5000噸的船舶必須監測并報告其二氧化碳排放量。此外，作為減少船舶污染的 MARPOL公約的 一部分，國際海事組織（IMO）從2020年1月起規定，燃油中的硫必須從3.50%m/m（質量比）降至0.50%。IMO還承諾制定一項初步的溫室氣體戰略， 到 2050年將比2008年減少50%。

海洋金融公司（希臘雅典）董事總經理Panayotis Zacharioudakis博士表示：“遵守規定的最佳可能性是最初轉向液化天然氣。SuperGreen將在希臘建立一個 可持續的綠色運輸系統，包括電動通勤船和兩艘混合液化天然氣/電動雙體船，將比雷埃夫斯港與東地中海網絡中的其他港口連接起來。Zacharioudakis 解釋道：“為了這個項目，我們正在用 CFRP 建造一艘高速渡輪。” “如果我們使用最先進的金屬液化天然氣儲 罐，它將重達7公噸，相當于70多名乘客（每人攜帶行李100 公斤）。因此，我們必須將載客量減少70人。”

Cimarron Composites對CFRP壓力容器進行低溫測試

為什么額外的重量？Zacharioudakis 說：“與柴油相比，液化天然氣必須在-163°C 的低溫下儲存，金屬罐必須使用符合國際海事組織氣體燃料要求的材料、 結構、絕緣和操作系統。”。對于海洋金融公司來說， 額外的重量是不可接受的，因此它開始研究可能的解決方案，并發現了一份與美國國家航空航天局合作開發的關于Cimarron Composites（美國阿拉巴馬州亨茨維爾）冷凍儲罐的報告。

Zacharioudakis說：“這就是我們開始EASME（歐 洲中小企業機構）SpaceTech4Sea項目的時候。” “這 個想法是為了海事應用而修改航空航天技術。”第三個項目合作伙伴是船級社美國航運局（ABS，Houston， Texas，U.S.），該機構將對該技術進行驗證和鑒定。2019年9月，美國船級社原則上批準了Cimarron超輕型低溫復合液化天然氣儲罐的概念設計。從那時起，它建造并測試了亞尺寸和全尺寸儲罐以獲得認證。“他們剛剛完成了最后一次測試，”Zacharioudakis 說。“再過兩個多月，我們將獲得用于海洋市場的復合 液化天然氣儲罐的全面認證。與傳統金屬儲罐相比， 這種儲罐將節省85%以上的重量。”

盡管該罐的大部分細節都是專有的，但Cimarron Composites創始人兼總裁Tom DeLay表示，它是由碳 纖維和先進的熱固性樹脂制成的，使用了一些樹脂注 入和濕絲纏繞。“我們已經測試了直徑為25英寸和40英寸的儲罐，并正在與SuperGreen 的CFRP渡輪制造商討論容量為5立方米（5000 升）的儲罐，這可以通過直徑為2 米、長度為2.5米的儲罐實現。”海洋金融 看到了1000多個此類儲罐的市場，并將與 Cimarron合作建立自動化生產，可能在希臘。

氫氣？Zacharioudakis 指出：“即使我們完成了這些液化天然氣項目，我們也開始關注氫氣。”“歐洲有這么多的興趣、活動和資金。然而，一個問題是， 海事法規規定儲罐必須為液化天然氣提供長達15天的儲存時間。LH2也是如此。”DeLay承認，為LH2（- 253ºC，見上文）開發低溫儲罐比為液化天然氣管（- 196ºC）開發低溫罐困難得多；其中一個挑戰是找到能夠抵抗脆化和開裂的材料。他現在正與海洋金融公司合作，幫助完成一項貿易研究，研究船舶使用液體與 氣體H2的技術和經濟因素。

木星IV型碳纖維增強塑料壓力容器的纖維纏繞

海王星氫氣罐

值得注意的是，Cimarron Composites已經開發了 一種用于高壓儲存氫氣和其他氣體的IV型CFRP儲罐。DeLay 說：“我們最初的木星儲罐是為在4350磅/ 平方英寸（300 巴）的壓力下運輸包括氫氣在內的大多數工業氣體而開發的。” “然而，氫氣在更高的壓 力下更有效地運輸，這就是我們開發 7500磅/平方英 寸[517 巴]海王星儲罐的原因。”

Neptune高壓（517 巴）CFRP罐能夠在標準的20英尺集裝箱中運輸600公斤H2氣體

木星和海王星儲罐都通過了聯合國ISO 11515要求的無數測試，可提供直徑和長度高達26英尺的儲罐。Delay指出：“這些儲罐是為通過卡車、鐵路或船舶以標準模塊運輸而開發的。” “我們發現，直徑為30英寸的氣瓶具有理想的包裝效率，使我們能夠比直徑更大的氣瓶運輸更多的氫氣。19英尺長的氣瓶可以在一個標準的20英尺集裝箱中容納9個罐。每個罐67公斤氫氣，我們可以在20英尺的集裝箱中移動600公斤，在標準的40英尺集裝箱中移動1200公斤。”

DeLay補充道：“我們從所有主要供應商那里購買碳纖維，包括東麗（日本東京）、三菱Rayon（東京）、帝人（Teijin-美國田納西州洛克伍德）和曉星 （Hyosung-韓國首爾）。” “但對于Neptune，我們同時獲得了三家不同供應商的資格。我們使用商用化學產品自行配制樹脂，并嚴格控制纖維和樹脂含量，以及纖維纏繞和烘箱固化周期中的張力，以防止熱應力。所有這些都提高了儲罐的機械性能。”

無論是低溫液體儲存還是高壓氣體儲存，DeLay都看到了越來越多的機會。他說：“我們花了數年時間來發展我們的專業知識。” ， “從火箭燃料箱到我們現在正在開發和生產的大型儲存和運輸罐。一年前，我對氫氣持懷疑態度，認為這是政府推動的唯一原因。但現在我們收到了大量訂單和各種要求。我們可以看到，在全球范圍內，各行各業都在認真投資氫氣，政府正在支持這一發展?？雌饋砦覀円呀浽谡_的時間準備好了正確的產品。”

注：原文見，《 Carbon fiber in pressure vessels for hydrogen 》 2022．7．11