新兴的H2经济推动了飞机、船舶和天然气运输的储罐开发。

Universal Hydrogen的双罐模块使用碳纤维 包裹的压力容器在850巴的压力下储存H2气体，使Dash 8或ATR涡轮螺旋桨飞机的航程达到740公里（400 海里），并使用现有基础设施轻松运输和装载

氢作为化石燃料的无二氧化碳替代品已经出现了几十年，用于储氢的碳纤维增强塑料（CFRP）压力容器的增长肯定在上升。但在2020年，氢能成为一项授权，被欧盟委员会（EC）确定为到2050年实现可持续经济和气候中立欧盟的欧洲绿色协议的关键优先事项。

航空氢的关键事件包括：

◆2020年5月，“清洁天空2号”和“燃料电池与氢联合事业”（FCH JU）发布了“氢动力航 空”，详细介绍了短程（85-165名乘客）氢动力飞机如何在2030-2035年前投入使用 （EIS- entry into service ）。

◆2020年6月，法国170亿美元的疫情救助计划 与“氢动力航空”报告中的目标挂钩；法航表 示，到2024年，将把国内航班的二氧化碳排放量减半。

◆2020年7月，欧盟委员会发布了“气候中性欧洲的氢能战略”，呼吁为氢能运输、分配、储存和加油站投资650亿欧元，列出了包括清洁氢 能伙伴关系和ETS创新基金在内的支持政策和 融资机制（2020-2030 年为100亿欧元）。

◆2020 年7月，空中客车公司首席执行官纪尧 姆·福里在接受《航空周刊》编辑格雷厄姆·沃 里克采访时承诺，到2035年将推出首款脱碳飞机环境影响报告；他预测该项目将于 2027-28年启动，必要技术将于2025年成熟。

◆2020年7月，ZeroAvia（美国加利福尼亚州霍 利斯特）完成了单引擎六座Piper飞机的试飞，该飞机被改装为使用压缩氢（H2）气体， 并根据其路线图公布了一架类似改装的双涡轮 螺旋桨 19 座 Dornier Do 228在美国的飞行测试，以在 2023 年前认证一架20座H2动力飞 机，航程500英里。

◆2020年8月，环球氢能公司（美国加利福尼亚州洛杉矶）宣布，一架50座飞机的双储罐模块 （见图），以及地区航空公司/运营商的加氢物流和基础设施，将于2024年投入商业运营。

氢作为燃料来源的可行性——无论行业如何—— 取决于各种运输、交付和储存技术的快速发展，这些 技术都是年轻但发展迅速的。将这些技术商业化并不简单，但它们正在得到解决。以下是正在进行的一些工作的摘要。

通用氢公司

Universal Hydrogen由空客SE（荷兰莱顿）和联合技术公司（美国康涅狄格州法明顿）前首席技术官Paul Eremenko于 2020年共同创立，其目标是通过提供氢燃料基础设施来帮助向氢动力航空转型。一个关键部件是其燃料模块，该模块包括碳纤维增强聚合物 （CFRP）框架中的双H2储罐。环球氢能首席技术官J.P.Clarke解释道：“我们将根据需要向现场供应模 块，因此不需要储氢基础设施。” “这些模块就像电池或厨房用品一样简单地装载到飞机上。”

环球氢能提出为基础设施提供燃料的区域涡轮螺旋桨飞机

模块已首先为50座Dash 8和ATR涡轮螺旋桨支线飞机开发。这些模块将采用长3.36 米、直径1.44 米 （7 英尺长、3英尺直径）的罐，使用碳纤维在850巴下保持H2气体，达到50kg/m³的密度，或者使用绝热金属罐在标准压力和温度下保持液体氢（LH2），达到71 kg/m³的密度。尽管LH2储罐具有更高的容积效率， 但隔热但未冷却的储罐必须在42小时内使用，因为如果不保持在-253°C，LH2就会蒸发。克拉克说：“这两种类型的储罐都将安装在一个重量轻、结构优化的复合材料框架内，该框架还具有抗冲击性和一些承载能力。”

H2储气罐将包括一个不渗透的聚合物内衬，内衬有多层干碳纤维编织物和一个Kevlar芳纶纤维保护外层。“不需要树脂， ”克拉克解释道。“内衬解决了渗透性问题，而碳处理了环向和轴向载荷，外层加框架防 止了损坏；因此重量和厚度都减少了。这种集成的储 罐和框架设计，再加上每个储罐层的功能映射，使我 们能够在质量分数上获得一些显著的改进。”

质量分数是通过将储存的氢气质量除以整个模块 的质量来计算的，因此质量分数越大越好。克拉克指出：“我们对Dash 8和ATR飞机的质量分数和体积效率进行了非常广泛的权衡研究。” “因此，你要考虑 的是燃料的体积和重量，以及这些飞机所能容纳的燃 料、可实现的航程和最大起飞重量、重量分布等。在850巴的H2气体下，我们可以在45分钟的储备下飞行约740公里（400海里），在LH2坦克下飞行约 1000 公里（550海里）。然而，涡轮螺旋桨飞机任务的平均 级长约为300海里，因此这些飞行中的绝大多数都可 以使用碳纤维增强塑料罐的气态H2系统完成。”

环球氢能公司将与复合材料储罐制造商合作吗？克拉克说：“我们的战略是在有意义的地方合作，并坚持我们的核心业务。”他重申了通用氢能的重点：“我们希望成为燃料和基础设施的供应商。我们将提供模块，并将其运到需要的地方，以便我们的合作伙伴 能够专注于飞机的其余设计和运营。我们的目标是成为氢动力航空的推动者。”

SpaceTech4Sea 项目

与航空业一样，航运业也受到旨在减少二氧化碳 和其他温室气体排放的法规的约束。从2018年1月起，在欧洲经济区（EEA）港口装卸货物或乘客的总吨位超过5000吨的船舶必须监测并报告其二氧化碳排放量。此外，作为减少船舶污染的 MARPOL公约的 一部分，国际海事组织（IMO）从2020年1月起规定，燃油中的硫必须从3.50%m/m（质量比）降至0.50%。IMO还承诺制定一项初步的温室气体战略， 到 2050年将比2008年减少50%。

海洋金融公司（希腊雅典）董事总经理Panayotis Zacharioudakis博士表示：“遵守规定的最佳可能性是最初转向液化天然气。SuperGreen将在希腊建立一个 可持续的绿色运输系统，包括电动通勤船和两艘混合液化天然气/电动双体船，将比雷埃夫斯港与东地中海网络中的其他港口连接起来。Zacharioudakis 解释道：“为了这个项目，我们正在用 CFRP 建造一艘高速渡轮。” “如果我们使用最先进的金属液化天然气储 罐，它将重达7公吨，相当于70多名乘客（每人携带行李100 公斤）。因此，我们必须将载客量减少70人。”

Cimarron Composites对CFRP压力容器进行低温测试

为什么额外的重量？Zacharioudakis 说：“与柴油相比，液化天然气必须在-163°C 的低温下储存，金属罐必须使用符合国际海事组织气体燃料要求的材料、 结构、绝缘和操作系统。”。对于海洋金融公司来说， 额外的重量是不可接受的，因此它开始研究可能的解决方案，并发现了一份与美国国家航空航天局合作开发的关于Cimarron Composites（美国阿拉巴马州亨茨维尔）冷冻储罐的报告。

Zacharioudakis说：“这就是我们开始EASME（欧 洲中小企业机构）SpaceTech4Sea项目的时候。” “这 个想法是为了海事应用而修改航空航天技术。”第三个项目合作伙伴是船级社美国航运局（ABS，Houston， Texas，U.S.），该机构将对该技术进行验证和鉴定。2019年9月，美国船级社原则上批准了Cimarron超轻型低温复合液化天然气储罐的概念设计。从那时起，它建造并测试了亚尺寸和全尺寸储罐以获得认证。“他们刚刚完成了最后一次测试，”Zacharioudakis 说。“再过两个多月，我们将获得用于海洋市场的复合 液化天然气储罐的全面认证。与传统金属储罐相比， 这种储罐将节省85%以上的重量。”

尽管该罐的大部分细节都是专有的，但Cimarron Composites创始人兼总裁Tom DeLay表示，它是由碳 纤维和先进的热固性树脂制成的，使用了一些树脂注 入和湿丝缠绕。“我们已经测试了直径为25英寸和40英寸的储罐，并正在与SuperGreen 的CFRP渡轮制造商讨论容量为5立方米（5000 升）的储罐，这可以通过直径为2 米、长度为2.5米的储罐实现。”海洋金融 看到了1000多个此类储罐的市场，并将与 Cimarron合作建立自动化生产，可能在希腊。

氢气？Zacharioudakis 指出：“即使我们完成了这些液化天然气项目，我们也开始关注氢气。”“欧洲有这么多的兴趣、活动和资金。然而，一个问题是， 海事法规规定储罐必须为液化天然气提供长达15天的储存时间。LH2也是如此。”DeLay承认，为LH2（- 253ºC，见上文）开发低温储罐比为液化天然气管（- 196ºC）开发低温罐困难得多；其中一个挑战是找到能够抵抗脆化和开裂的材料。他现在正与海洋金融公司合作，帮助完成一项贸易研究，研究船舶使用液体与 气体H2的技术和经济因素。

木星IV型碳纤维增强塑料压力容器的纤维缠绕

海王星氢气罐

值得注意的是，Cimarron Composites已经开发了 一种用于高压储存氢气和其他气体的IV型CFRP储罐。DeLay 说：“我们最初的木星储罐是为在4350磅/ 平方英寸（300 巴）的压力下运输包括氢气在内的大多数工业气体而开发的。” “然而，氢气在更高的压 力下更有效地运输，这就是我们开发 7500磅/平方英 寸[517 巴]海王星储罐的原因。”

Neptune高压（517 巴）CFRP罐能够在标准的20英尺集装箱中运输600公斤H2气体

木星和海王星储罐都通过了联合国ISO 11515要求的无数测试，可提供直径和长度高达26英尺的储罐。Delay指出：“这些储罐是为通过卡车、铁路或船舶以标准模块运输而开发的。” “我们发现，直径为30英寸的气瓶具有理想的包装效率，使我们能够比直径更大的气瓶运输更多的氢气。19英尺长的气瓶可以在一个标准的20英尺集装箱中容纳9个罐。每个罐67公斤氢气，我们可以在20英尺的集装箱中移动600公斤，在标准的40英尺集装箱中移动1200公斤。”

DeLay补充道：“我们从所有主要供应商那里购买碳纤维，包括东丽（日本东京）、三菱Rayon（东京）、帝人（Teijin-美国田纳西州洛克伍德）和晓星 （Hyosung-韩国首尔）。” “但对于Neptune，我们同时获得了三家不同供应商的资格。我们使用商用化学产品自行配制树脂，并严格控制纤维和树脂含量，以及纤维缠绕和烘箱固化周期中的张力，以防止热应力。所有这些都提高了储罐的机械性能。”

无论是低温液体储存还是高压气体储存，DeLay都看到了越来越多的机会。他说：“我们花了数年时间来发展我们的专业知识。” ， “从火箭燃料箱到我们现在正在开发和生产的大型储存和运输罐。一年前，我对氢气持怀疑态度，认为这是政府推动的唯一原因。但现在我们收到了大量订单和各种要求。我们可以看到，在全球范围内，各行各业都在认真投资氢气，政府正在支持这一发展。看起来我们已经在正确的时间准备好了正确的产品。”

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