液氢产业
液氢在制、储、运优势更适用于氢能的规模化、商业化供应。氢能终端应用产业快速发展，倒推对液氢需求的增长。产氢国、燃料电池商用车市场、加氢站的国家，气态氢逐渐无法满足用氢要求，液氢的发展成为热点。液氢技术路线必将成为国内民用氢能开发应用技术方式之一。
人类首次在实验室获得液氢至今已有100余年历史，实现工业生产及应用以来，液氢作为火箭高能燃料，在航天领域发挥着举足轻重的作用。上世纪60年代开始，在液氢成功作为火箭燃料应用的同时，科学家们就开始探索液氢在地面交通、航空、航海等领域的应用，美国、德国、英国、日本、挪威等国家，先后在飞机、家用轿车、客车、货车、轮船等交通工具上开展了不少的尝试和技术积累。
我国于近几年开始液氢在重型运输车辆、船舶、飞机等交通工具上的应用研究，其中液氢燃料重载卡车原理样机已完成研制并在试车场进行了功能验证。航天科技集团六院101所先后研制了30千克、100千克储量的车用液氢系统，在32吨、49吨的重卡上进行了搭载和测试。随着可再生能源规模的进一步增大和氢电经济的发展，液氢作为日常重型交通运输的燃料有望在近两年得以实现和快速推广。
六院101所参研的全球首款液氢重卡
一种新型燃料进行大量推广使用前，其危险性必须进行充分辨识和论证，并制定完善的安全管理及应急处理措施，形成与其推广程度相适应的安全体系，才能确保社会面应用风险可控。在火箭发动机试验研究及发射活动中，科研人员对液氢的特性、相关技术装备、对应安全措施及管理方法等都进行了深入的研究，确保了在相对封闭管理的场所内对液氢的安全应用。而若将液氢作为日常交通工具使用的燃料，其需要面对社会道路行驶、公共场所停放、维修维护等各种应用场景，所处环境更为复杂，随机性更大，存在的潜在风险因素也更多，因而需要更为严格的管理措施。
确保液氢的使用安全，首先要深入了解液氢的理化性质。根据其安全相关性质从设备研制、检定、操作、维护、标准体系等全方位进行管控。液氢跟安全相关的性质主要包括两个方面，一是液态氢的极低温特性，二是氢气的易燃易爆特性，针对这两个方面介绍如下：
一、液氢极低温带来的挑战及应对措施
常压状态下氢气密度极低，不利于其存储、输送和使用，只有采用压缩、低温液化、化合或材料吸附等方式来提升体积能量密度，实现氢的使用经济性，其中液氢质量密度最高，是提高储运效率的最重要形态之一。在常压下，氢气通过多级制冷，被冷却到-253°C时才能被完全液化。
由于液氢同外界环境巨大的温差，由环境向液氢的漏热而导致其温度升高不可避免，为了维持其液相状态，液氢必须保持在其临界温度-240°C以下，并适当保持压力，因此盛装液氢的储罐必须是耐压和超级绝热的密闭容器。常压氢气与液氢的体积比是825：1，充满液氢的密闭储罐在存储空间不变的情况下，如果温度升至常温，储罐的最终压力将上升至超过170MPa，这是一般压力容器无法承受的。
在陆地重载卡车上存储液氢的装置通常称为低温绝热气瓶，为确保其安全使用，设计上往往采取两方面措施：一是采用双层不锈钢高真空辐射绝热结构，减小外界向气瓶内的热量传递，从而延缓漏热引起的压力升高速率，使气瓶在车辆停放时因外界温度导致气瓶内升压至安全控制压力的时限能达到3天甚至更长；二是在气瓶内容器上设置两级安全泄放阀门，车辆长期停放或由于故障而导致的压力持续升高的情况下，在压力到达气瓶内胆破坏压力前，确保安全阀自动开启进行压力泄放而使压力得以保持在安全范围，从而避免超压导致的气瓶、管路爆破等无管理排放事故发生。
二、氢气燃爆风险认识及防止
与空气混合的情况下，氢气具有极易燃爆的特点：一是氢气的最小点火能量非常低，在空气中最小点火能量约0.02mJ，而人体摩擦产生的放电便可以达到10mJ，就连高压氢气在向空气高速喷出时，空气中粉尘粒子摩擦产生的静电也能成为一个点火源；二是其可燃浓度范围非常宽（在1个大气压和环境温度下的干燥空气中，氢可燃浓度下限：4.1%，可燃浓度上限：74.8%）。由于可燃浓度下限仅4.1%，且极低的点火能量又令事先混合的氢气-空气极易被点燃而产生火灾或爆炸。
但另一面，氢气又具有极易扩散的特点，在开放空间氢气泄漏停止后，1分钟内就可扩散至可燃浓度下限以下，可见避免封闭空间使用和及时制止泄漏是避免氢空混合气体燃爆的重要手段。
液氢泄漏后，与常温氢气略有不同。少量泄漏时，液氢同空气混合很快温度升高并形成低密度气团向上扩散，下方区域安全影响较小。当大量泄漏时，将在地面积聚成液氢池，由于液氢的蒸发在液氢池表面也会形成低温的氢云，与空气混合产生爆炸性混合气体环境，而当泄漏结束，爆炸性气体混合环境也会很快消失。相较于LNG及汽油等燃料的泄漏，液氢大量泄漏横向扩散范围更窄，形成可燃可爆的混合气空间范围更小，滞留时间也更短。从这个角度进行评判，在路面等开阔空间发生液氢泄漏而带来的安全隐患比前述燃料更低。
防止液氢及氢气的意外泄漏，创造开放使用条件，阻止长时间形成可爆燃的氢空气混合气体，是用氢安全的关键所在。为减少液氢及氢气泄漏，车载液氢系统的重要连接部位需尽可能采用焊接结构，若要采用其他连接方式则需要经过严格的论证。
车载液氢燃料存储系统整体还要经过严格的测试和考核认证，只有符合国家特种设备监察及车辆零部件公告标准后，才能进入社会道路行驶。这些测试和考核项目包括火烧、跌落、振动、压力控制等等，覆盖车辆运行的几乎所有极端工况，以确保以上情况发生时司乘人员有足够时间逃生，从而保障人员生命安全。
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综上，基于航天领域在液氢研究、生产和使用等方面所积累的丰富经验，开发重载交通工具用液氢储供系统，充分开展系统试验考核验证，扩大示范场景样本，从而形成完整科学的装备可靠性评价及安全控制体系，可以为社会面液氢有序规模推广应用提供更大的安全保障。
三、国内研发进展
液氢产业链可分为液氢制取、液氢储运和液氢加注三个部分。将氢气冷却至21K（约-253摄氏度），液化储存于低温绝热液氢罐中，再运输到用氢端加注。液氢的储氢密度可达到70.8kgm3，是标况下氢气密度0.083kgm3的近850倍，单台液氢运输罐车的满载约65m3，可净运输4000kg氢，大大提高了运输效率，并且在液化过程还能提高氢气纯度，相应程度上节省了提纯成本。因此液氢适合长距离、大容量储运，是配合未来实现大规模绿氢脱碳应用的首要储氢选择。
1.中科富海实现氢液化设备套装备国产化
在氢液化设备方面，中科富海联合中科院理化所先后投入300kgD、1.5TD、5TD、10TD成套氢气液化装置的开发，致力突破高速氢透平膨胀机、正仲氢转化技术、超低漏率板翅式换热器、系统集成智能调控等自主知识产权核心关键技术，逐步实现成套装备国产化。
2. 国富氢能自主研发液氢罐式集装箱
在液氢储存容器方面，国富氢能自主研发的ISO液氢罐式集装箱，静态蒸发率＜0.7%天(LH2)（注：该数据是采用液氮进行试验后折算成液氢蒸发率），可确保15天以上的储存不排放维持时间。
3. 航天101所突破了液态储氢加氢站总体设计技术
中国航天科技集团航天101所于2021年6月成功完成国内首例车载液氢瓶火烧试验；2021年9月研制的我国首套自主知识产权的基于氦膨胀制冷循环的氢液化系统调试成功，核心设备90%以上完全国产；2023年4月，突破了液态储氢加氢站总体设计技术，建成国内首个液氢储存加氢站关键装备开发验证平台。
四、国内产业落地与标准建立
1.2023年5月全国首台套10吨级氢气液化装置落地淄博
齐鲁氢能(山东)发展有限公司总投资5.5亿元在淄博市建设氢能一体化项目，主要生产压缩氢气和液氢，随着核心装置—国内首台套10吨级氢气液化装置到场，项目实现了突破性进展。该设备采用了多种创新技术，克服了氢气液化成本高、能耗大的痛点，可大幅降低液氢的生产成本。截至目前，该项目已完成70%，项目投产后，年产液氢13200吨，年产高压氢7920万Nm3，预计每年可减少30万吨碳排放。据悉，10吨液氢装备也是国家科技部一个卡脖子工程。
2. 2022年11月我国首座大型商用液氢工厂一期于嘉兴投产
2022年11月14日，我国首座大型商用液氢工厂——空气化工产品（浙江）有限公司海盐氢能源和工业气体综合项目一期工程110千伏空氢变电站竣工投产。目前，一期项目中的工业气体分装项目已完成试生产，主体项目正进行管道预制、设计安装。预计液氢工厂将于2023年建成，投产后日产量将达30吨。该项目被国务院列入第5批国家重大外资专班项目。
3.2022年中石油乌海液氢示范工程设计启动
2022年8月25日，中石油管道工程有限公司启动乌海液氢制储运加一体化示范工程设计工作，其中首次将薄膜罐应用于液氢存储领域，该项目是管道局首个焦炉煤气制氢、氢液化及液氢储罐项目。
4.2022年6月长征汽车展示液氢燃料电池技术成果
2022年6月，长征汽车品牌复兴暨1号新能源重卡发布会上，长征汽车展示液氢燃料电池技术成果。据悉，新长征汽车在液氢领域的技术水平、产业生态完善程度已处于行业头部位置。
5. 2021年我国首座液氢加氢站落地浙江平湖
2021年底，101所于浙江省平湖市建成我国首座液氢加氢站。据悉，整站占地面积2000平米，设有一套14立方米的液氢储罐，两套90兆帕的高压储氢瓶，一套35兆帕液驱压缩机以及一台35兆帕的加氢机，可满足多辆氢燃料电池加注需求，日加氢量可达1000公斤，也是国内首座液氢、油、电综合功能服务站。
6.清华联手北汽福田推出全球首辆液氢重卡
2021年9月，清华联手北汽福田的全球首辆35吨级、49吨级分布式驱动液氢燃料电池重型商用车成功问世，顺利通过综合测试。
国际国内应用实践证明，液氢和气态氢的安全性相似，只要认真执行标准规范的规定要求，正确设置安全设施，全面遵守安全操作规程，大规模工业应用是可以做到安全可控的。液氢的危险性并不比高压氢气及液化天然气的危险性高，从试验与分析的结果来看，甚至更偏安全。用氢安全知识的普及，有助于消除主管部门和公众对用氢安全的担忧，从而促进氢能产业的发展。
在液氢应用过程中，要多方面考虑以保障其安全性。一是液氢在-253℃下储存和运输，储罐、管系、设备等除了需要抵抗氢脆外，尚需具有耐受超低温的能力；二是要考虑温度变化带来的材料膨胀和收缩，如储罐、管系的设计应考虑从室温变化到液氢、温差将近300℃；三是未经加热的液氢蒸发气（BOG）温度约为-150℃，低温的气体也会对非耐低温材料造成伤害，所以一些气相管路也应采用耐低温材料建造。-0去问问我哇哇哇哇w
在氢能产业质量控制方面，日本、美国、欧盟、加拿大等国均建立了能基本满足氢能发展需要的氢安全检测研究基地，如日本福冈氢试验和研究中心（HyTReC）、欧盟联合研究中心（JRC）及美国可再生能源国家实验室（NREL）等，具备了氢与材料相容性、疲劳、火烧、爆破、泄漏、氢气快速充放等试验能力，并正在通过标准设置技术壁垒。
近年来，中国积极开展氢能安全性研究和相关标准制定工作，陆续开展了材料高压氢相容性、高压氢气泄漏扩散、氢气瓶耐火性能、氢气快充温升、快速充放氢疲劳、量化风险评估、失效预测预防、高压氢喷射火、氢爆燃爆轰、氢泄爆、氢阻火等研究。
五、发展方向
液氢的储运是液氢安全、高效、规模化和低成本运用的基础，也是解决氢能技术路线应用环节的关键。液氢的存储技术关键在于液氢储罐，液氢运输技术关键在于运输设备。
液氢的存储需使用具有良好绝热性能的低温液体存储容器，也称液氢储罐，液氢储罐根据其使用形式可分为固定式和移动式。液氢的运输需要液氢储罐与交通运输工具相结合，运输设备根据运输方式可分为公路槽车和铁路车，液氢厂区使用液氢管道进行小范围、短距离输配。
另外，按照绝热方式可分为普通堆积绝热和真空绝热两大类。低温液氢存储的研究热点是无损储存，无损储存的关键在于液氢储罐绝热性能的提升：由传统的被动绝热方式向主动绝热技术转变，将更低导热率、更高低温性能的材料应用于液氢储罐。因此，大容积、低蒸发率液氢储罐的研发是液氢存储技术发展的重要方向。
随着氢能规模化发展，液氢是突破整个氢能体系规模化、商业化运营瓶颈的必由之路，同时也是实现“碳中和”目标的必由之路。关于液氢的发展方向，主要有以下几点。
1）提高核心设备及材料国产化率，缩小与国外先进液氢技术水平间的差距。
2）降低液化成本是加快低温液氢发展主要途径。
3）研发中大型氢气液化装置研制。如大型氢透平膨胀机、大型液氢球罐、液氢罐式集装箱等，通过扩大规模来减少平均耗能和氢能损耗。
4）研制高压液氢泵。高压液氢泵是未来液氢供氢加氢站的主流工艺过程。液氢泵既涉及到低温又涉及到高压，可以说是目前液氢路线上的最大难点之一，需要材料、流体、传热等多学科共同解决，绝不是现有的高压液氮泵改进就可以实现的。因而需要国内的科研力量集中解决。