文|阿爾法工場
門，是一種保護，一層遮掩，一個界限。
推門這個動作帶來的意義則更為深遠，代表著進入了一種狀態，進入了另外一個領域。
這個動作融入到我們日常生活中的點點滴滴。
上班族每日需要推開家門，推開公司大門。
學生每日需要進入校門，推開教室門。
人的一生當中，同樣需要推開許多重要節點的門，如學業、事業、家庭等等。 掌握了技巧方能順利開啟，探究其中之奧妙，掌握人生真諦。相反，不得其法的后果常常是碌碌無為、雞飛狗跳，心神俱疲。
成功的秘訣在于認知能力的提升，而知識的積累是前提。
如此，方能推開多重門窺探事物的本質，積累知識、提升認知已然成為了一種客觀邏輯。
繼日前創作的——《推開萬億氫能賽道的第一重門之制氫篇》后，現推出續集——《推開萬億氫能賽道的第二重門之儲運篇》。
01 關鍵核心儲氫瓶
首先，還是得回到產業鏈條中。上一篇，我們主要對制氫技術的發展現狀，以及未來的技術路徑進行了分析，本篇繼續沿著產業鏈對儲氫、加氫進行研究。
儲氫這條細分產業鏈當中，有一個環節最為關鍵。它是運輸過程中的載具容器，也是加氫站的儲存設備，氫能源車沒有它，也談不上有燃料儲備。 這個環節便是儲氫瓶。
可以說，儲氫瓶上連氫氣制造，中承氫氣存儲，下接氫氣應用。
然而，相較于石油、天然氣等傳統化石燃料，氫氣在儲運環節具有天然的劣勢，發展進度緩慢。
學習過中學化學的讀者都清楚，氫是周期表中排名第一的元素，氫氣的質量小，密度低，它的性質非常活躍，既容易泄漏，也容易爆炸。
容器的構造和強度往往取決于所承裝物質的物理屬性和化學屬性。
對于這樣一種氣體，儲運顯然非常麻煩，即使沒有危險發生，也會造成相當程度的成本不經濟。 我們可以通過一個例子簡單理解——運輸一車氫氣，瓶子重量在95%以上，需求的氫氣只有5%，而且不能長距離運輸。所以這是一筆不劃算的生意。
解決問題的關鍵，正在于儲氫瓶這個設備。而它的技術路徑，則需要面對氣態儲運、液態儲運以及固態儲運三種方式。
通過技術領域的摸索，對這三種方式進行簡單比較，可以大致得到一些確定性的結論。
氣態儲運的成本較低、充放氫速度較快，但儲氫密度與運輸半徑較為有限，所以適用于短途運輸。
氫氣氣態的經濟運輸半徑局限在200公里以內，50公里以內每公斤氫運輸成本為2塊錢，0-100公里運輸成本為4塊錢/kg，運輸壓縮氫氣的魚雷車每車僅可運300kg。
相比之下，中長距離大規模運輸，主要考慮管道和液氫運輸方式。液態儲運的儲氫密度較大，但設備投資與能耗成本較高；固態儲運則在潛艇等特殊領域有所應用，整體仍處于小規模試驗階段。
就目前而言，氫氣主流的運輸方式，仍然是高壓氣態存儲。顯而易見，氫氣的儲運，必須要在儲運瓶裝更多的氫氣。
這其實指明了氫氣運輸的路徑——如何增加氫氣單位體積密度。 要運輸盡可能多的氫氣，需要采取更大的壓強將氫氣裝入氫氣瓶，車載高壓儲氫瓶的壓力一般為35~70兆帕，我國現階段主要采用35兆帕，70MPa也已經逐步進入商用。
可能部分投資者對這個量級有些陌生，其實不難理解。
35MPa就是相當于350公斤體重級別的選手采用金雞獨立的姿勢只用大腳趾做支撐，踩在1平方厘米大的地方產生的力量。
或者可以想象成你用你的一根手指頭就能將當年壓死秦武王的鼎給抬起來。
我們顯然清楚，這對材料的耐壓強度提出了何等苛刻的要求。
此外，在耐壓的同時，由于運輸過程中瓶子重量不能占據太大的比例，所以無法把瓶體做得既厚且重，而是需要更換輕質材料。
因此，氫能瓶的技術方向，其實非常清晰：耐壓和減重。它需要企業從儲氫密度、輕量化等角度考慮，提升技術及相應材料。
目前從技術角度看，高壓氣態儲氫容器主要分為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內膽纖維纏繞瓶（II型）、鋁內膽纖維纏繞瓶（III型）及塑料內膽纖維纏繞瓶（IV型）四級別產品。
數據來源：DOE
在這四個級別的產品之中，I型、II型產品技術最早被應用，但限于材料限制，儲氫密度低，質量重、且安全性較差，無法在35MPa條件下工作，因此已經逐步淡出市場。
相較而言，當下的主流在于III型、IV型產品，由于這兩類產品的內膽和保護層，在材料和工藝上更為先進，使得氣瓶質量輕，儲氫密度高，安全性好。
因此，從應用場景來看，I型和II型主要用在加氫站等固定儲氫上面，III型和IV型主要用在氫燃料電池汽車上。
而對III型、IV型產品進行對比，同樣存在著技術上的差異——IV型在制作過程中內膽采用樹脂，成本大幅優于采用鋁材料的III型，在未來70MPa標準趨勢下，IV型產品的降本效應更為明顯，其壽命也要長于III型。
不過，IV型產品雖優，卻也存在著技術上的難題——由于采用樹脂內膽，使得安全性大幅降低，耐熱性、氫氣滲透、容易破裂，密封等等問題對制造工藝，復合材料的開發提出了重重挑戰。
當下，中國車載儲氫瓶主要為III型(鋁內膽纖維纏繞)，IV型（塑料內膽纖維纏繞)仍處于研發階段。
而日、美等國家開發的車載儲氫瓶產品多為IV型，部分國家甚至已經開始研發V型儲氫瓶，即無內膽纖維纏繞，在此領域，國內仍屬空白。
比較而言，可以得出一個結論，這是一個先到先得的市場競爭形態——誰先掌握了IV型的核心技術，在未來千億的市場空間就會先人一步，率先搶占市場份額和超額收益，也能實現推動氫能發展的雙贏。
02 碳纖維——儲氫瓶的核心材料
儲氫瓶產業鏈可以簡單劃分為上游原材料和零部件，中游生產制造和下游終端應用三個環節。
其中，上游原材料包括鋁材、鋼材、碳纖維和樹脂等，零部件包括各種金屬閥門和各類傳感器；中游生產制造設備和制造工藝等；下游則是在燃料汽車、氫氣運輸罐、加氫站等場景上的應用。
從車載儲氫瓶材料成本來看，儲氫瓶的成本主要集中在外部纏繞用的碳纖維復合材料。對于儲氫質量均為5.6kg的35MPa、70MPa高壓儲氫IV型瓶成本構成來看，碳纖維復合材料成本分別占系統總成本的75%和78%。
根據DOE對車載高壓儲氫瓶項目的早期成本評估可以發現，無論是35MPa，亦或是70MPa，總體而言，III型高壓儲氫氣瓶成本都要略高于IV型，其主要原因在于，III型瓶儲罐采用大量金屬鋁材料。
與之相比，IV型瓶采用的高分子聚合物價格較低，聚合物用量也較少。Ⅲ型瓶向Ⅳ型瓶轉變，是未來的發展趨勢。
數據來源：DOE
目前，高壓儲氫瓶用碳纖維主要采用T700級及以上規格。
從企業碳纖維生產企業角度來看，目前碳纖維生產企業中，日本和美國依舊占據主導地位。
在儲氫容器基礎材料方面，罐體材料實現了國產化，但是高性能碳纖維材料被日本及美國壟斷；東麗的碳纖維是全球車載儲氫瓶企業的主要供應商，中國的車載高壓儲氫瓶碳纖維基本都來自東麗。
在儲氫容器生產工藝方面，碳纖維纏繞設備與高壓罐體加工設備仍需進口，整體國產化率約50%左右。
我國碳纖維經歷近十年快速發展，重點龍頭企業和單位突破了干噴濕紡技術，實現了T700、T800以及更高級別碳纖維核心技術和關鍵裝備的自主化，并逐步拓寬了應用領域。
目前我國碳纖維企業主要以中復神鷹（688295.SH）、恒神股份、光威復材(300699.SZ)等企業為主。
目前，由于國內70MPa碳纖維纏繞IV型瓶的制備技術不成熟、規模化生產難度大，因此目前成本相對較高，抑制了IV型儲氫瓶的需求。 據美國汽車研究理事會研究發現，當生產規模越大，儲氫瓶成本也就越低。如當氣瓶生產規模由1萬套提高到50萬套時，氫氣瓶成本會下降20%。
未來隨著氫能源汽車的快速發展，儲氫瓶成本有望下降。
此外，瓶口閥、減壓閥等也主要依賴進口，未來這些關鍵材料和零部件將逐步實現國產化。 據《中國氫能產業發展報告2020》規劃，2022年、2025年和2030年氫燃料電池車保有量分別為1萬、10萬和100萬輛，氫燃料電池車將在客車、重卡、物流車等車型領域快速放量。
業內人士指出，2022、2025和2030年高壓儲氫瓶累計市場空間分別可達20億、119億和1118.4億元，2026～2030年單年市場空間有望超過200億。
車載高壓儲氫瓶是目前眾多儲氫設備中，技術相對成熟，已經具備商業化程度的一種儲氫設備。
受燃料電池車帶動，車載高壓儲氫瓶在未來十年將迎來快速發展期。