前言

氫動(dòng)力船舶通常用于湖泊、內(nèi)河、近海等場(chǎng)景，以客船、渡船、內(nèi)河貨船、拖輪等類型為主；海上工程船、海上滾裝船、超級(jí)游艇等大型氫動(dòng)力船舶研制是當(dāng)前的國(guó)際趨勢(shì)，潛艇采用氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)同樣具有良好前景。

現(xiàn)階段，氫燃料電池適用于多種內(nèi)河船舶，可作為小型船舶的主動(dòng)力，也可作為大型船舶的輔助動(dòng)力，氫動(dòng)力船舶用燃料電池的單組功率為百千瓦級(jí)，裝船使用時(shí)通常采用多組燃料電池級(jí)聯(lián)而成。

2021年，武漢眾宇取得船用燃料電池產(chǎn)品型式認(rèn)可證書，相應(yīng)的TWZFCSZ-80燃料電池裝置額定功率為80 kW；2023年，氫藍(lán)時(shí)代燃料電池發(fā)電系統(tǒng)通過中國(guó)船級(jí)社（CCS）審核，并獲中國(guó)船級(jí)社型式認(rèn)可證書；2025年9月，明天氫能MTSYS-120船用燃料電池系統(tǒng)成功獲得中國(guó)船級(jí)社（CCS）型式認(rèn)可證書，電堆功率突破150kW，功率密度達(dá)到6.5kW/L，系統(tǒng)功率穩(wěn)定在120kW，使用壽命超過22000小時(shí)。同時(shí)，該系統(tǒng)可進(jìn)行模塊化組合，對(duì)不同功率段船舶進(jìn)行靈活搭載，可拓展至兆瓦級(jí)以上，適用于客輪、游船、公務(wù)船、集裝箱船、散貨船等各類氫能船舶。

固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)

固態(tài)儲(chǔ)氫是一項(xiàng)極具前景的儲(chǔ)氫技術(shù)，尤其對(duì)于尋求零排放解決方案的航運(yùn)業(yè)而言，憑借高儲(chǔ)氫密度、低泄漏風(fēng)險(xiǎn)、安全性高等優(yōu)勢(shì)，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)被認(rèn)為是解決氫氣高效安全儲(chǔ)存難題，從而推動(dòng)氫燃料電池或氫內(nèi)燃機(jī)在船舶上大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)相比其他儲(chǔ)氫方式在船舶領(lǐng)域具有一系列顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、高安全性

低壓/常壓操作：氫氣以原子或分子形式被固定在材料中，儲(chǔ)存系統(tǒng)通常在低壓或常壓下工作，徹底避免了高壓氫氣瓶的泄漏與爆破風(fēng)險(xiǎn)。

2、無(wú)蒸發(fā)損耗

與液態(tài)氫需要持續(xù)保持低溫不同，固態(tài)儲(chǔ)氫沒有“蒸發(fā)氣”（Boil-off Gas）的問題，氫氣可以長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)存，非常適合航行周期長(zhǎng)的船舶。

3、高體積儲(chǔ)氫密度

許多金屬氫化物的體積儲(chǔ)氫密度很高，意味著在相同的空間內(nèi)可以存儲(chǔ)更多的氫氣。這對(duì)于空間極其寶貴的船舶（尤其是客輪、滾裝船等）來(lái)說至關(guān)重要，可以節(jié)省出更多寶貴的載貨和載客空間。

4、系統(tǒng)集成靈活性

固態(tài)儲(chǔ)氫罐的形狀可以根據(jù)船舶的特定空間進(jìn)行定制（例如，利用船體內(nèi)部的不規(guī)則空間），而不像高壓儲(chǔ)罐那樣必須是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形。

5、高便捷性

由于固態(tài)儲(chǔ)氫低壓高安全性存儲(chǔ)的特點(diǎn)，可以采用更換能源模塊的模式，為氫能船舶進(jìn)行能源補(bǔ)給的解決方案。

6、氫氣純度高

釋放出的氫氣純度很高（可達(dá)99.999%），非常適合直接供給對(duì)氣體純度要求極高的燃料電池，能有效延長(zhǎng)燃料電池的使用壽命。

目前，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于研究和小規(guī)模示范階段，但因其高安全性、高能量密度和環(huán)保特性，被視為未來(lái)船舶低碳化的重要技術(shù)方向之一，多個(gè)歐盟科研項(xiàng)目（如HYDRA、FLAGSHIPS）正在探索和驗(yàn)證固態(tài)儲(chǔ)氫在內(nèi)河和沿海船舶上的應(yīng)用，德國(guó)U212潛水艇已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)儲(chǔ)氫氫動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行。

圖一：德國(guó)U212潛水艇（藍(lán)色部分為固氫燃料電池）

國(guó)內(nèi)船用固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)方面，多家公司都在布局開發(fā)船用固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)，其中泰極動(dòng)力拿到國(guó)內(nèi)/業(yè)內(nèi)首張船用固態(tài)儲(chǔ)氫裝置AIP認(rèn)可證書及工程樣機(jī)認(rèn)可證書。

圖二：泰極動(dòng)力船用固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)

固態(tài)儲(chǔ)氫在船舶領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，仍需突破三大核心瓶頸：

1. 儲(chǔ)氫材料性能瓶頸

密度與成本平衡：高容量材料（如 NaAlH?）依賴稀有金屬（Al、Li），成本是金屬氫化物的 3-5 倍；低成本材料（如 LaNi?）儲(chǔ)氫密度不足，限制續(xù)航。

循環(huán)壽命與穩(wěn)定性：配位氫化物長(zhǎng)期循環(huán)（>500 次）后易粉化，導(dǎo)致儲(chǔ)氫罐密封性下降；金屬氫化物在海水濕度環(huán)境下易氧化，需額外防腐處理。

2. 系統(tǒng)集成與熱管理難題

放氫效率：固態(tài)儲(chǔ)氫材料放氫需吸收熱量（如 LaNi?放氫吸熱約 30kJ/mol H?），若船舶動(dòng)力波動(dòng)（如加速），易出現(xiàn) “供氫不足”；需設(shè)計(jì)高效余熱回收系統(tǒng)（如利用燃料電池廢熱、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣），但會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。

安全冗余：船舶顛簸、傾斜（最大傾角 30°）可能導(dǎo)致儲(chǔ)氫材料堆積，影響氫氣均勻釋放；需優(yōu)化儲(chǔ)氫罐結(jié)構(gòu)（如分區(qū)設(shè)計(jì)、彈性支撐），但會(huì)增加體積和重量。

3. 標(biāo)準(zhǔn)缺失

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)空白：目前無(wú)船舶固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范（如儲(chǔ)氫罐耐壓、溫度范圍）、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（如泄漏率、循環(huán)壽命），導(dǎo)致不同企業(yè)產(chǎn)品無(wú)法兼容，增加示范項(xiàng)目難度。

未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)與前景

隨著全球航運(yùn)業(yè) “碳達(dá)峰”（如 IMO 要求 2050 年航運(yùn)減排 50%）壓力增大，固態(tài)儲(chǔ)氫船舶的發(fā)展方向逐漸清晰：

材料復(fù)合化：開發(fā) “金屬氫化物 + 多孔材料” 復(fù)合體系，兼顧低成本與高容量（如 LaNi?@MOFs，儲(chǔ)氫密度提升至 4-5%，成本降低 20%）。

系統(tǒng)智能化：集成 AI 熱管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)匹配船舶動(dòng)力需求與供氫量（如加速時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)輔助加熱，巡航時(shí)切換余熱回收），提升供氫穩(wěn)定性。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：推動(dòng) “儲(chǔ)氫材料 - 船舶設(shè)計(jì) - 港口加氫站” 一體化布局，例如在港口建設(shè)固態(tài)儲(chǔ)氫材料再生中心（無(wú)需船上原位再生），船舶靠港后直接更換儲(chǔ)氫罐，解決 “再生難” 問題。

從短期（2025-2030 年）看，固態(tài)儲(chǔ)氫將優(yōu)先在內(nèi)河船、沿海渡輪等場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用（預(yù)計(jì)占?xì)淠艽笆袌?chǎng)的 30-40%）；長(zhǎng)期（2030 年后），隨著高容量材料成本下降和系統(tǒng)集成技術(shù)成熟，有望向中小型遠(yuǎn)海貨船延伸，成為船舶零碳動(dòng)力的核心方案之一。

綜上所述，固態(tài)儲(chǔ)氫為船舶領(lǐng)域提供了 “安全、緊湊” 的儲(chǔ)氫路徑，雖面臨材料、系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)鏈多重挑戰(zhàn)，但在政策推動(dòng)（如中國(guó) “十四五” 氫能船舶規(guī)劃、歐盟 “清潔航運(yùn)聯(lián)盟”）和技術(shù)迭代下，其商業(yè)化前景明確，是實(shí)現(xiàn)航運(yùn)碳中和的關(guān)鍵突破口。