创新 • 创优 • 创见
摘 要：氢在常压下的体积密度极低，因此难以储存和运输。通过将其转换为“氢载体”，更易于储存和运输。但是，每种储运方法都有其优点和缺点，最佳方式是根据用途合理使用，但为了尽可能多地抢占市场份额，各运营商阵营之间已经开始竞争。在这场竞争中，打破以往常识的方法和技术创新正在不断涌现。
关键字：储氢、运氢、氢载体、液态氢、高压氢、气瓶供氢、管道供氢
氢在实现2050年净零排放目标中发挥非常重要的作用。氢的用途广泛，包括电力平衡、储能手段、化石燃料的替代品、石油和钢铁的精炼材料等。
但是，气态氢难以直接使用。这是因为氢在常压下以气体形式存在，体积密度极低。换句话说，氢的体积非常大，不适于储存或运输。因此，考虑在储存和运输时暂时将氢转化为具有其他物态的“氢载体”，在使用时再转换为气态氢。
多种氢储运方法各具优缺点
包括未压缩的氢气，大致有六种候选氢载体。加上甲烷(CH4)等含氢化合物的话，则共有七种以上。
之所以候选种类多，是因为每种氢载体各有利弊，不能一概而论。例如，在致密性（体积密度）方面，氨（NH3）和储氢合金更胜一筹；但在由氢转化为NH3的过程中，大约会有30%的能量损失，而且NH3会发出难闻的气味，对人体有害，储氢合金则比较重。
目前，还没有发现在所有方面都具有压倒性优势的氢载体，因此最佳方式是根据用途合理选择各氢载体。
但是，也有可能出现集中使用特定的氢载体，或者以技术创新为契机，某种氢载体迅速一枝独秀的情况。根据成为主流的氢载体的不同，所需的基础设施和技术以及社会生活方式都将会发生重大变化。下面，将对每种氢载体的特点、课题和未来潜力进行说明。
氢/液态氢/高压氢
或可通过城市燃气管道供应
在各种氢载体中，大多数人会用液化天然气（LNG）类比液态氢。
确实，液态氢是海上大量运输氢的候选之一。LNG运输船巨头——川崎重工于2020年底在神户港完成了世界首艘液态氢运输船“Suiso Frontier”注1），用于从澳大利亚运输由褐煤制得的氢的海上运输氢项目。
注1）船全长116m、排水8000吨级，所搭载的液态氢储存罐的容量为1250m3，约相当于90吨氢气。
储存过程中因气化而导致损失
为了液化氢气，需要将其保持在-253℃的极低温度下，为此所消耗的电量非常大，超过了氢本身热量的30%（图1）。而且，在储存和运输过程中，还需要不断地输入电力来维持液化温度。
图1 液态氢无法长期储存
液态氢与液化CH4（LNG）和液氮相比，其液化温度（沸点）非常低（a）。
由于储存过程中需要持续冷却，因此即使是LNG也不能长时间储存，通常在罐中的储存时间不超过一个月（b）。
可以说液态氢不适合长期储存。
LNG储存存在重大课题。如果将LNG储存在一个巨大的储罐中，一年内就会因气化而损失近一半。因此，“LNG最多可以在储罐中储存一个月”（某能源项目的相关人员）注2）。
注2）由于LNG运输船在运输过程中会回收气化的天然气并将其用作船舶的燃料，因此不会造成较大的能量损失。然而，氢的情况下，气态氢的回收利用比较困难。
据此可以推断出，需要保持比LNG低得多的温度的氢在气化后损失速度会更快。因此，液态氢不适于一个月以上的长期储存，作为氢载体用途有限。
“红色高压氢”会成功吗？
高压氢是比液态氢更为常见的氢载体。丰田的“MIRAI”等燃料电池汽车搭载有700个大气压（70MPa）的超高压压缩储氢罐，为燃料电池供给氢。在其他国家，燃料电池巴士等正在普及，但其中大部分储氢罐压力为35MPa。
然而，除交通工具，大多数压缩空气通常在200个大气压左右。通过增加压力可以使其更加紧凑，但压缩过程相应地需要更多的电力并会造成能量损失。运输这种高压氢的气瓶在日本被确定为“红色”标识。
除了“压力损失”之外，高压氢的另一课题为运输。在卡车上重复运输和安装耐高压重型气瓶的工作并不容易。而且如果氢的消耗量增加，那么运输气瓶的负担也会增加。
福岛县浪江町的“浪江公路服务区”使用拖车从距离约5km的绿氢生产设施“福岛氢能研究基地（FH2R）”采购高压氢，用于东芝能源系统解决方案公司所生产的3.5kW级燃料电池（图2）。然而，一个147Nm3的集束瓶组内的绿氢会在1周到10天内消耗完，只能提供浪江公路服务区耗电量的3%。提供100%的用电量则需要100kW级的燃料电池，这样算下来，一天就需要消耗3个集束瓶组的氢气。该方法在社会中得到普及的话，运输集束瓶组和气瓶的人力负担将变得相当大。
图2 运输成本是气瓶供氢的一大课题
该图示出高压氢的运输和利用系统的示例。
氢气瓶一般为红色（a）；
福岛氢能研究基地（FH2R）生产的绿氢通过拖车运往福岛县各地使用（b）；
浪江町的“浪江公路服务区”于2020年11月开始使用FH2R的绿氢。一个3.5kW级的燃料电池可以满足服务区约3%的电力需求。一个集束瓶组大约可以使用1周到10天。
尽管气瓶的流通系统在丙烷气利用方面取得了一定的实绩，但从整体上来看，无法与通过燃气管道运输的城市燃气相提并论。福岛县浪江町的一位氢负责人也表示“氢供应优选使用管道”。
