【原】【市场观察】详细盘点碳纤维复合材料储氢罐的驱动因素以及全球氢燃料电池汽车市场规模

2014年，日本丰田推出了全球首款商用燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）——丰田Mirai，打开了氢能源社会的大门。然而，Mirai并不是世界上第一个开发的FCEV。因为，通用汽车(General Motors)在半个多世纪前的1966年便开发出了电动汽车(Electrovan)，成为全球首款氢燃料电池汽车(FCEV)的奠基者。

这款通用电动汽车Electrovan包含2个巨大的氢气和氧气储罐、32个燃料电池模块、电动机和贯穿车辆后部的550英尺管道，总重量约7100磅。该系统依赖于包括铂在内的稀有金属，这使得它太贵了，而当时没有合适的氢气基础设施，使该车辆出现故障。

从续航里程仅为160公里的通用电动汽车，到如今续航里程轻松超过600公里的燃料电池汽车，新时代的燃料电池车见证了创新的转变。

随着高压容器，特别是用于燃料储存的碳纤维复合材料氢罐（Carbon Fiber Composite Hydrogen Tank，CCHT）的出现，结束了高风险储存、成本高昂、空间狭小的时代。

碳纤维复合材料储氢罐类型和应用

CCHT是由碳纤维复合材料和金属或聚合物衬里（III型和IV型）完全包裹的压力容器。III型储罐有一个带全复合材料外包装的金属内衬（铝或钢），而IV型储罐是一个完整的碳纤维制成的储罐，内衬由聚酰胺或聚乙烯塑料制成。

2021年，氢气压力容器在整个压力容器市场中占有近7%的份额，其中大部分是CCHT。新时代的氢压力容器之所以更青睐碳纤维复合材料，是因为这些材料以其卓越的强度和耐用性以及重量轻而闻名，可减少50%-70%的质量。

CCHT可用于各种应用，包括商用汽车、公共汽车、卡车、叉车、火车、船舶、加油站、大宗天然气运输和备用电源。然而，FCEV是一个产生超过90%CCHT需求的应用领域。

氢燃料电池汽车推动CCHT需求

当谈到氢燃料电池汽车FCEV中的氢气储存时，人们发现，为了实现远程自主（超过500公里），FCEV必须在700巴的压缩容器中安全储存5-10公斤氢气，而不会增加太多重量。在这里，与III型储罐相比，IV型储罐在规模和数量上都处于领先地位。

值得注意的是，包括本田Clarity、现代Nexo和丰田Mirai在内的FCEV采用700巴压力下的压缩H2，配备了2或3个IV型气缸。在2022年的FCEV车型中，现代Nexo的最高销量超过1.1万辆。Nexo之后唯一的主要FCEV车型是丰田Mirai，2022年的年销量超过3500辆。

截至2022年，全球有超过7.2万辆氢燃料电池电动汽车。根据国际能源署（IEA）最新的《2023年全球电动汽车展望》报告，与2021年相比，这一数字增加了40%。

预计到2030年，FCEV将占全球动力总成组合的1%以上，这将代表约有120万至170万辆氢动力汽车，包括轻型和商用车，每辆车都将配备用于储氢的CCHT。

充满挑战的充气基础设施

氢燃料汽车已经问世，但世界准备好满足其燃料需求了吗？自问世以来，氢动力汽车的车队规模一直在增长。FCEV行业面临的最大挑战之一是从源头到加氢站的运输。虽然已经有了电动汽车的电网，但还没有能够支持大量FCEV的氢气分配网络。

全球只有1020个加氢站（HRS）为7.21万辆FCEV提供动力，而2022年全球有270万个公共电动汽车充电点投入运营，为2000万辆电动汽车提供服务。

韩国拥有超过一半的FCEV，其次是美国、中国、日本、德国和其他国家。然而，中国的HRS数量超过了韩国，因为中国拥有大多数重型燃料电池汽车细分市场（卡车和公共汽车），其次是韩国，然后是日本、德国和美国。

尽管FCEV具有更快的燃油和更长的续航里程等优势，但是缺乏加氢点是欧洲电动汽车销量超过FCEV的关键原因之一。

CCHT与FCEV的未来

前面已经提到，超过90%的的CCHT需求来自氢燃料电池汽车FCEV或交通运输业。在未来5-10年，FCEV本身将看到来自各个方向的需求升级，因为FCEV能够提供的产品与汽车行业减少排放的愿景完全一致。

不断增长的经济体了解FCEV在未来几年可能产生的影响，因此他们中的大多数已经开始将行动导向为早期实施创造支持氛围。大多数主要经济体都致力于推动氢燃料计划的战略，并确定了为实现以氢燃料为中心的生态系统的基础设施目标而花费的预算。

到2040年，韩国的目标是生产620万辆FCEV，而到2030年，德国的目标是制造180万辆，中国和美国的目标是100万辆，日本的目标是在全球车队中增加90万辆FCEV。下表展示了看看不同国家设定的目标。

与此同时，工业界也在努力引入CCHT设计的创新，以应对它们带来的挑战。目前，市场上也有V型压力容器，但它们不太受欢迎，目前还没有任何标准。这是一种完全由复合材料制成的无衬里容器，并配有金属凸台。

除了传统的圆柱形外，该行业正在为压力容器（PV）探索更具体积效率的形状。因此，对于环形复合材料包覆压力容器(Toroidal copv)的研究已经进行大量研究，因为就体积效率和制造方便性而言，它们可能是一种可行的替代方案。

这清楚地表明，汽车行业不能依靠一项技术来实现零排放目标，而FCEV无疑在实现这些目标方面发挥着重要作用。

随着FCEV的兴起，CCHT预计在未来十年内将实现超过50%的飞速增长，到2030年，相应的年销售额将超过150亿美元。