圖片來源：NPROXX
高壓儲氣罐是先進復合材料最大和增長最快的市場之一，特別是纖維纏繞碳纖維復合材料。盡管它們用于自給式呼吸器并在航空航天器上提供氧氣和氣體儲存，但主要終端市場是儲存液態丙烷氣 (LPG)、壓縮天然氣 (CNG)、可再生天然氣 (RNG) 和氫氣氣體（H?2）。雖然液化石油氣罐可用于車輛，但發展中國家的烹飪和取暖市場也在不斷增長。
CNG、RNG 和 H?2燃料系統越來越多地用于乘用車、公共汽車、卡車和其他車輛或散裝運輸（也稱為移動管道），以供應加油站或工業場所。在車輛中，這些燃料儲罐是減少或零排放動力系統的關鍵部件，用于清潔替代汽油、柴油和噴氣燃料。這些動力總成還為電池供電的車輛提供了一種免費的替代方案，其加油基礎設施和加油時間與化石燃料相似。
特色內容
壓力容器類型
美國機械工程師協會 (ASME) 和國際標準化組織 (ISO) 分類的壓力容器類型和結構。圖片來源：?CW
壓力容器分為五種類型：
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I 型：全金屬結構，通常為鋼。
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II型：主要是金屬，在環向方向有一些纖維外包裹，主要是鋼或鋁，玻璃纖維復合材料；金屬容器和復合材料共享大約相等的結構載荷。
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III 型：帶有全復合材料外包裝的金屬內襯，通常為鋁，帶有碳纖維復合材料；復合材料承受結構載荷。
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IV 型：全復合結構，聚合物——通常是聚酰胺 (PA) 或高密度聚乙烯 (HDPE) 襯里，帶有碳纖維或混合碳/玻璃纖維復合材料；復合材料承載所有結構載荷。
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V 型：無襯里，全復合結構。
從歷史上看，Type 1 占據了超過 90% 的市場。然而，隨著使用復合材料減輕重量和提高壓縮氣體存儲效率的 III 型和 IV 型容器的銷量增加，這種情況開始發生變化。V 型仍處于初期階段，主要用于太空應用，但隨著新太空工業的發展，這是一個值得關注的領域。例如，2020 年 4 月，Infinite Composites Technologies（ICT，美國俄克拉荷馬州塔爾薩）開發了一種球形 V 型低溫罐，用于在火箭動力太空運載火箭上儲存低溫液體推進劑。無襯墊碳纖維/環氧樹脂冰凍球是通過長絲纏繞和工業烘箱固化制造的。
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市場驅動力和增長
這個市場的壓倒性驅動力是全球越來越多地承諾通過從化石燃料轉向可再生、減少排放的燃料（例如 CNG、RNG 和 H?2）來減少氣候變化的影響，目標是到 2050 年實現零排放。根據國際能源署：_
"迄今為止，各國政府做出的氣候承諾——即使完全實現——也遠遠達不到到 2050年使全球與能源相關的二氧化碳 (CO?2?) 排放量達到凈零并讓世界有機會限制全球根據新報告"到 2050 年凈零：全球能源部門的路線圖"，溫度上升到 1.5°C。"
已公布逐步淘汰內燃機 (ICE) 乘用車新銷售目標的政府。圖片來源：國際清潔交通委員會 (ICCT)，2020 年 11 月報告
請注意，除上述承諾外，美國康涅狄格州、馬里蘭州、馬薩諸塞州、新澤西州、紐約州、俄勒岡州、羅德島州、佛蒙特州和華盛頓州已承諾到2050 年不再生產新的化石燃料乘用車，而這些州，加上加利福尼亞州、科羅拉多州、夏威夷州、緬因州、北卡羅來納州、俄勒岡州、賓夕法尼亞州和哥倫比亞特區將從2050 年起禁止銷售新的化石燃料中型和重型汽車。
2021 年的專題報道中報告了另一個增長跡象，"氫氣有望推動復合材料的增長，第 1 部分"，即康明斯（美國印第安納州哥倫布市）每年生產 1.3 億臺內燃機 (ICE)，其中許多針對客車、中型和重型卡車，已投資開發燃料電池8級卡車和氫內燃機。2021 年 6 月，康明斯表示，到本世紀末，此類產品將接近柴油發動機的總擁有成本 (TCO)，并且未來的重型運輸將由氫、燃料電池或電池電力驅動——而不是柴油機。
根據 2021 年Grandview Research 報告，2020 年全球天然氣汽車 (NGV) 銷量高于之前的預測：2980 萬輛，而預計為 2440 萬輛。它還預測 2021 年的銷量約為 3100 萬臺，到 2028 年將增長到 3890 萬臺，復合年增長率為 3.3%。DataIntelo聲稱，I 型儲罐約占 CNG 儲罐市場的 55%，II、III 和 IV 型儲罐市場份額分別約為 25%、15% 和 5%。
FCV 罐中的碳纖維該圖顯示了最高產量燃料電池汽車 (FCV) 的IV 型 700 巴壓縮 H?2
氣罐中的
預計碳纖維使用量（公噸）。該表顯示，這些 2030 年的預測是保守的。例如，到 2030 年，不到 1% 的當前汽車產量將是 FCV。圖片來源：Mike Favaloro, Ginger Gardiner
在CW的 Carbon Fiber 2020 會議上，AJR Consultancy 的 Tony Roberts 和 CarbConsult 的 Dan Pichler 預測，復合材料壓力容器中對碳纖維的需求將從 2021 年的 13,100 公噸 (MT) 增長到 2026 年的 20,230 MT。這是與 2021 年預計的 106,700 噸碳纖維總需求相比，預計到 2026 年將達到 169,000 噸。Roberts 和 Pichler 估計，壓力容器中的大部分碳纖維將用于移動管道應用（到 2026 年將達到 6,900 噸）以及公共汽車和卡車（到 2026 年將達到 6,400 噸）。
或者，我和行業顧問邁克·法瓦洛羅（Mike Favaloro）預計，到 2030 年，僅儲氫罐中的碳纖維需求就將達到 166,650 噸，根據全球新的氫燃料汽車公告和估計每 700 巴/5.6 公斤碳纖維 62-72 公斤纖維含量為 60% 的H?2?罐。如上表所示，這些車輛預測是保守的，預計只有 1% 的重型卡車、不到 10% 的公共汽車和不到 1% 的汽車使用氫氣。
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壓力容器用復合材料
用于儲存氫氣的 IV 型復合壓力容器是通過將碳纖維和環氧樹脂纏繞在塑料襯里上制成的。高度自動化的交鑰匙罐生產線由復合材料設備供應商設計和生產，包括 Autonational Composites BV（荷蘭艾爾斯特）、Engineering Technology Corp.（美國猶他州鹽湖城）、McClean Anderson（美國威斯康星州斯科菲爾德）、MIKROSAM（Prilep，馬其頓）和Roth Composite Machinery（Steffenberg，德國），后者聲稱其新的 Rothawin 技術已將氫氣罐的生產速度提高了 5-10 倍。MIKROSAM聲稱其客戶JSC DPO Plastik（俄羅斯捷爾任斯克）已委托世界上最大的生產線用于 CNG 和 H?2罐，能夠纏繞 60,000 罐/年。
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Cevotec（德國慕尼黑）報告稱，通過在壓力容器的圓頂區域使用其纖維貼片放置 (FPP) 系統，可以節省 20% 的材料和周期時間。Cevotec 的首席執行官解釋說，儲氫罐中高達 700 巴的工作壓力相當于 10 公斤碳纖維用于 1 公斤的儲氫——這是一個非常高的比例。然而，FPP 將碳纖維應用在精確的補丁中，旨在覆蓋在纖維纏繞過程中有時會出現問題的區域。據說一個 FPP 系統能夠加固來自多臺纏繞機的容器。
盡管大多數用于壓縮氣體儲存的 IV 型壓力容器使用碳纖維作為結構增強材料，外層玻璃纖維用于抗損壞，但 Umoe Advanced Composites（UAC，挪威克里斯蒂安桑）僅使用玻璃纖維作為其 IV 型儲罐。UAC 的目標不是車輛，而是天然氣運輸市場，提供 200 至 350 巴的模塊，并將在 2022 年擴展到包括 450 和 500 巴的罐。正如 UAC 首席執行官 ?yvind Hamre 在CW的 Hydrogen中解釋的那樣在Tech Days活動中，玻璃纖維增??強聚合物 (GFRP) 儲罐的資本支出 (CAPEX) 與鋼儲罐相同，但重量減輕了 70%。同時，GFRP 與 CFRP 圓柱體相比將 CAPEX 降低了 50%，盡管重量更高。
IV 型玻璃纖維儲罐
玻璃纖維復合材料 IV 型儲罐與碳纖維復合材料相比成本更低，但與鋼相比重量更輕（上圖中的橙色正方形）。圖片來源：UMOE 先進復合材料
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H?2在多個市場中逐漸升溫
分銷也是 Hexagon Purus（挪威奧勒松）、NPROXX（荷蘭海爾倫）的主要市場，后者現在是與康明斯和Cimmaron Composites（美國阿拉巴馬州亨茨維爾）的 50/50 合資企業，現已被Hanwha Solutions（韓國首爾）并于 2021 年宣布在阿拉巴馬州歐佩萊卡投資 1.3 億美元的新生產設施。
儲氫罐的使用不僅在配送應用中增加，而且在汽車、卡車、鐵路和海運中的使用也在增加。"歐洲的部分卡車生產將采用氫動力，"油罐制造商 NPROXX 的董事總經理兼銷售主管 Michael Himmen 說。歐洲有立法要求卡車原始設備制造商必須在?2030 年與 2019 年的水平相比，將其生產的車隊的 CO?2平均減少 30%。Himmen 建議多達 5% 的歐洲卡車可能會選擇 H?2，總計 15,000-20,000 輛卡車/年。他認為這將從 2026-27 年開始，每年可能有 2,000 輛卡車，并穩步增長。每輛車配備 5 到 7 個 IV 型油箱，重型卡車在十年內每年可能需要 100,000 個油箱，需要 6,000 公噸碳纖維。?
Hydrrail 加快速度
自上而下：阿爾斯通已售出 41?輛Coradia??iLint??H2 列車，并且正在測試其他列車；法國鐵路 SNCF 訂購了 12 輛阿爾斯通?Coradia Polyvalent?雙模架空電動和 H2 區域列車；阿爾斯通正在與英國的 Eversholt Rail 合作，將電動火車轉換為 H?2??Breeze?火車；西門子正在開發?Mireo Plus H? 列車，用于在 2023-24 年進行測試。圖片來源：阿爾斯通和西門子。
對于鐵路，阿爾斯通（法國巴黎）的 H?2動力?Coradia iLint?列車已經在德國投入使用；下薩克森州的 14 臺機組今年開始運營，萊茵-美因地區的 27 臺機組將于 2022 年?投入使用。iLint?也在奧地利和荷蘭進行測試。它的兩輛汽車單元使用 24 個 IV 型油箱，這些油箱安裝在每輛汽車頂部的屋頂隔間中，其中還包含燃料電池。Hexagon Composites為原型列車提供 H?2?儲罐，??其直徑為 416 毫米、長 3,128 毫米的重型儲罐，在 350 巴壓力下可容納 300 升/9 公斤的氫氣。iLint?_??現在供應來自 NPROXX 的 350 巴、500 毫米直徑、2,200 毫米長的儲罐
其他 hydrail 開發項目包括西門子（德國慕尼黑）的兩節車廂和三節車廂Mireo Plus H列車，該列車將于 2023 年至 2024 年期間在德國的幾條區域線路上進行測試。與此同時，Hexagon Purus 正在為 Talgo（西班牙馬德里）的 Vittal-One列車提供 IV 型 H?2坦克，該列車計劃于 2023 年開始測試。Hexagon Purus 還將為 Stadler Rail（瑞士布斯南）的第一輛FLIRT列車提供坦克將在瑞士建造和測試，然后轉移到加利福尼亞州的圣貝納迪諾，于 2024 年投入使用。
在海運方面，Hexagon Purus 于 2021 年 6 月宣布將成立新的子公司Hexagon Purus Maritime。Hexagon Purus 的銷售和營銷總監 J?rn Helge Dahl 解釋說："我們現在看到對氫氣的海事需求和活動正在迅速增加。"?"由于包括腐蝕在內的惡劣環境，我們認為復合材料是海上應用的理想存儲解決方案。"?達爾認為，在國際海事組織（IMO，英國倫敦）設定的目標的推動下，隨著 2030 年的臨近，海事行業將會看到越來越多的項目投入使用。其中包括所有新建和現有船舶必須在 2030 年和 2050 年將 CO?2排放量與 2008 年基線相比減少 40% 和 70%。有關更多詳細信息，請參閱"氫氣有望推動復合材料的增長，第 1 部分。"?
圖片來源：空中客車公司——零e——氫氣
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Universal Hydrogen H 2儲氣模塊的全尺寸原型。圖片來源：美國商業資訊
在航空航天領域，由于法國政府將針對空客的 COVID-19 救濟與要求到 2035 年將氫動力商用飛機推向市場的需求相結合，引發了對氫的興趣在 2020 年突然飆升。到 2020 年夏天，空客推出了其ZEROe該計劃包括三個飛機模型，其中后三分之一將保留用于液氫儲存，這需要低溫溫度控制。
針對支線渦輪螺旋槳飛機的另一種選擇是由 Universal Hydrogen（美國加利福尼亞州洛杉磯）開發的使用 CFRP 框架的雙油箱模塊。"我們將根據需要將模塊供應到現場，因此不需要儲氫基礎設施，"Universal Hydrogen CTO JP Clarke 解釋說。"這些模塊就像電池或廚房用品一樣簡單地加載到飛機上。"?（在"氫氣壓力容器中的碳纖維"中閱讀有關 Universal Hydrogen 的更多信息。）該公司于 2021 年宣布，已?與三家支線航空公司簽署意向書，為現有的渦輪螺旋槳飛機改裝 H?2動力推進系統。
ZeroAvia（美國加利福尼亞州霍利斯特）于 2021 年 4 月宣布，它正在開發用于 50 座支線飛機的 2 兆瓦 (MW) 氫電動力系統。據報道，該公司 2021 年的 2430 萬美元融資將幫助 ZeroAvia 最早在 2024 年實現商業化，并在 2026 年開始為商用支線飛機提供服務。
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H?2存儲挑戰
IV型坦克也面臨著嚴重的問題。最值得注意的是，碳纖維的成本使這些坦克非常昂貴。另一個關鍵問題是存儲密度。盡管壓縮的 H?2?氣體提供的能量是每質量汽油的三倍，但它的每體積能量非常低，需要大氣缸來容納儲存足夠燃料所需的高壓。實際上，氫氣作為低溫?液體提供更高的密度，儲存在 -253°C，并且當儲存在低溫壓縮（CCH?2) 罐在 -230°C 和 300 巴。低溫儲罐通常是金屬的，使用大量復合材料的版本尚未證明具有與 IV 型壓縮氣體儲罐相同的性能和疲勞壽命，這些儲氣罐擁有超過 25 年的性能數據。?
另一個問題是，可能無法及時獲得所需的大量碳纖維來生產滿足燃料電池汽車 (FCV) 和基礎設施目標所需的數百萬個儲罐。"獲得足夠的碳纖維是我們的主要關注點之一，"NPROXX 的 Himmen 說。他的公司的業務從 2020 年到 2021 年翻了一番，明年還會再翻倍。"而且我們不是唯一一個；我認為海克斯康正以同樣的速度增長。我們需要一定價格范圍內具有一定質量和性能的碳纖維。"?IV 型儲罐的大多數分析使用 Toray T700 纖維 [抗拉強度 4,900 MPa，模量 230 MPa] 或等效物。"強度較低的纖維需要更多的纏繞，并且油箱變得更厚，這是不可接受的。如果您現在不知道明年的光纖來自哪里，您實際上可能不得不停止生產。"
IV 型儲罐增長的另一個挑戰是碳纖維和 CFRP 儲罐成本。新的儲罐制造商和法國汽車一級供應商 Plastic Omnium (Lavallois) 和佛吉亞 (Nanterre) 制定了到 2030 年將 IV 型儲罐成本降低 30-75% 的目標，同時將存儲效率提高到 7% 以上。正如CW在 5 月舉行的 Tech Days Hydrogen 活動中介紹的那樣，正在開發新技術來幫助這些努力，從Cevotec（德國 Unterhaching）的 FPP 技術（用于減少罐頂中的 CFRP 時間和成本）到Cygnet Texkimp的（ Northwich, UK)?3D 繞組可減少纖維損傷，向復合傳感器集成專家Com&Sens（比利時 Eke）提議現場儲罐監測。
https://www.compositesworld.com/articles/the-markets-pressure-vessels-2022
艾邦氫能產業鏈通訊錄，目前有2200人加入，如億華通、清極能源、氫藍時代、雄韜、氫牛、氫璞、愛德曼、氫晨、喜馬拉雅、明天氫能、康明斯、新源動力、巴拉德、現代汽車、神力科技、中船712等等，可以按照標簽篩選，請點擊下方關鍵詞試試
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