复合材料终端市场： 压力容器（2024 年）
来源 | 图 2.5，第六次评估报告 (AR6)，联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC)，2023 年 3 月。
RNG 和 H2 被视为实现交通脱碳和零排放目标所需的能源组合的关键部分。这两种燃料最成熟、最主要的储存系统包括 3 型和 4 型压力容器，分别由碳纤维/环氧树脂包裹在铝衬里和塑料衬里上，采用长丝缠绕。
专题内容
提高碳纤维产量
压力容器对碳纤维的需求不断增长。资料来源：东丽，幻灯片 23，AP-G 2025 战略文件
东丽工业公司（日本东京）的 T700 标准模量碳纤维已成为在 350 和 700 巴标准压力下储存 H2 气体以及在 250 巴压力下储存 CNG/RNG 的 4 类压力容器的基准。据 2023 年 3 月的 CW 报道，东丽的 AP-G 2025 战略文件预计，压力容器用碳纤维的年需求量将增长 42%，到 2025 年将达到近 4 万吨/年。2023 年 7 月，东丽还宣布将把其位于南卡罗来纳州斯帕坦堡和韩国龟尾的工厂的碳纤维产量提高 20% 以上，到 2025 年达到 35000 吨/年。该公司指出，这是为了应对压力容器需求的增长。
Hyosung Advanced Materials 公司（韩国首尔）也是压力容器用碳纤维的供应商，2023 年的产能为 9000 吨/年。2022 年，Hyosung 宣布将扩大产能，到 2028 年达到 2.4 万吨/年。据韩国媒体 2023 年报道，2024 年 Hyosung 的产能将达到 16500 吨，2025 年将达到 21500 吨。该公司还将在越南南部建立一个新的碳纤维生产实体，即 Hyosung Vina Core Materials Co. 建设将于 2025 年完成，年产能为 4,800 吨，到 2029 年将扩大到 12,000 吨，到 2032 年将扩大到 21,600 吨。
压力容器和 H2 系统产量增加
去年，包括 Hexagon Purus（挪威奥斯陆）、Forvia（法国南泰尔）、Plastic Omnium（现为 OPmobility（法国莱瓦卢瓦-佩雷特））和 Luxfer Gas Cyliders（美国加利福尼亚州里弗赛德）在内的制造商也宣布增加压力容器产量。
Hexagon Purus 和 Hexagon Agility
海克斯康 Purus Westminster 工厂为燃料电池巴士生产的 H2 储罐（上图）和 H2 基础设施产品及卡塞尔生产基地（下图）。资料来源 | CW, Hexagon Purus
Hexagon Purus 为车辆提供电池电动系统，为车辆和基础设施/气体运输提供 4 型压力容器和 H2 系统。该公司于 2023 年 1 月在马里兰州威斯敏斯特建立了新的 4 型复合罐生产基地。CW 在 2023 年 3 月的后续报告中讨论了威斯敏斯特生产团队的历史以及 Hexagon Purus 对 H2 罐市场的看法。威斯敏斯特生产基地每年将为重型车辆应用生产多达 10,000 个气瓶，包括为客户 New Flyer 客车和 Nikola 卡车生产气瓶。另一个新的 H2 储罐生产基地于 2023 年 10 月在德国卡塞尔开业，每年可为移动应用生产多达 40,000 个 4 型气瓶，而位于德国 Weeze 的第三个生产基地已扩建，将用于基础设施（包括配送、加油和固定存储应用）的 4 型气瓶 H2 系统的年生产能力提高了一倍。
正如公司 2023 年第四季度财报所述，海克斯康 Purus 与中集集团 Enric（中国石家庄）在石家庄的新合资工厂也已竣工，该工厂将生产 3 型和 4 型气瓶和系统。石家庄工厂的产能将从每年 10,000 个气瓶开始，到 2030 年将达到每年 100,000 个气瓶。Hexagon Purus 还筹集了 10 亿挪威克朗，以支持新开工设施的产能提升。
Hexagon Purus 全球生产设施。资料来源
Hexagon Purus 在 2023 年第四季度财报中称，全年收入比 2022 年增长 37%，达到 13.2 亿挪威克朗，是 2020 年的 7 倍多。2024 年的收入预计将增长 50%，到 2025 年将达到 40-5 亿挪威克朗。该公司报告称，最近的市场发展导致 H2 移动性市场的增长速度低于几年前的预期。但这已被更强劲的 H2 基础设施解决方案市场所抵消--2023 年的收入中，基础设施占 58%，交通占 17%，其他（海事、航空航天、工业气体）占 25%。
海克斯康复合材料公司（挪威奥勒松）的姊妹公司海克斯康 Agility 公司（美国加利福尼亚州科斯塔梅萨）生产用于 CNG/RNG 的 4 型碳纤维复合材料储罐，包括卡车、公共汽车和配送应用。据报道，当从有机废物（如奶牛场）中生产 RNG 时，会导致甲烷排放，RNG 可捕获的温室气体（GHG）比其排放的温室气体（GHG）更多，使其成为负碳排放。Hexagon Agility 的移动管道模块可将从农场收集的 RNG 运输到全国各地并加以利用。
Hexagon Agility公司宣布将于2023年初推出全新设计的泰坦450模块。据报道，泰坦 450 经过重新设计，泰坦平台 90% 以上的部分都经过重新设计，天然气输送能力提高了 25%（≈500,000 标准立方英尺），同时在同样的 40 英尺长度内重量减轻了 20%，从而以更少的行程输送更多的天然气。经批准可用于 CNG、RNG、H2 和氦气，目前全球已部署了 1,800 多个移动管道模块。
Hexagon Agility 的 Titan 53 移动管道模块使用四个碳纤维增强聚合物（CFRP）压力容器运输 7420 公斤压缩天然气/液化天然气（上图）。为满足日益增长的需求，北卡罗来纳州索尔兹伯里工厂新增了两条生产线。资料来源 | 海克斯康 Agility，海克斯康复合材料 2023 年第三季度报告
海克斯康 Agility 公司的移动管道业务在 2023 年创下历史新高。在 2023 年第三季度的业绩报告中，该公司指出了向 RNG 的战略转变，其市场份额从 2021 年的 10%增至 2023 年的 50%。由于康明斯公司（Cummins）（美国印第安纳州哥伦布市）在美国推出了新型 15 升天然气发动机，海克斯康复合材料公司预计 CNG/RNG 卡车市场从 2023 年到 2024 年将扩大 3 倍。海克斯康的客户 UPS 和 Matheson 已经参与了 25 台现场测试。预计将于 2024 年第三季度向卡车原始设备制造商交付首批产品。
为满足日益增长的需求，海克斯康 Agility 正在北卡罗来纳州索尔兹伯里工厂新增两条气缸生产线（见 CW 2018 工厂巡礼），如有必要，还可再增加四条生产线。海克斯康内布拉斯加州林肯工厂的移动管道产能也将增加 35%。
佛吉亚
成立于 2022 年的 Forvia 将传统汽车品牌佛吉亚（Faurecia）和海拉（Hella）联合在一起。佛吉亚于 2017 年首次宣布为燃料电池汽车开发 H2 系统，并于 2018 年展示了 700 巴的 4 型油箱。它通过与米其林和 Stellantis 成立的合资企业 Symbio 供应燃料电池动力系统和零部件。继 2020 年在法国巴旺开设 H2 储存研发中心后，佛吉亚宣布与现代汽车、Stellantis 和雷诺/海维亚签订合同。2023 年 11 月，该公司宣布将为北美一家汽车制造商的中型商用卡车提供 4 型 H2 储存系统，并于 2025 年开始生产。一个月前，该公司在法国阿伦茹瓦的新工厂开始生产，目标是到 2030 年每年生产多达 10 万个储气罐。该公司还在中国辽宁省沈阳市建有两家工厂，年产 3 万个 3 型和 4 型液化气罐，并在韩国进行生产。
佛吉亚在 2023 年 12 月的一次新闻发布会上指出，在北美，重点首先放在 5-8 级中型/重型卡车市场，H2 内燃机（ICE）比燃料电池或电池电动汽车（EV）更受青睐。这主要得益于康明斯推出的 X15H 和 B6.7H 发动机，这两款发动机将用于氢燃料驱动的重型和中型卡车，预计到 2027 年投入生产。康明斯首席执行官珍妮弗-拉姆齐（Jennifer Rumsey）表示，这些零排放发动机可以满足 2027 年氮氧化物法规的要求，该法规比现行要求严格 80%。同时，佛吉亚表示，在欧洲，轻型卡车、厢式货车和商用车队更有机会使用氢燃料电池，而在亚洲，特别是中国，人们对公共汽车和所有级别的卡车都很感兴趣。在全球范围内，该公司认为电池电动汽车更适合乘用车。该公司还表示，将于 2024 年宣布第二家美国卡车客户，并将在美国新建一家生产厂。
塑料 Omnium，现为 OPmobility
来源 | 2024 年 2 月 OPmobility 投资者日演示文稿
Plastic Omnium 于 2024 年 3 月更名为 OPmobility，是一家家族企业，在 28 个国家拥有 40,300 名员工和 152 家生产工厂，每年生产数百万个保险杠、模块（前端、内饰、后备箱、充电）、尾门和燃料系统。其新能源部门包括生产 4 型油箱、与 ElringKlinger 合资生产燃料电池的 EKPO 以及集成式 H2 系统和动力系统。OPmobility 称，自 2015 年以来，其在 H2 领域的投资达 3 亿欧元，包括 2017 年收购比利时一家专门设计和生产 4 型油箱的公司 Optimum CPV，以及 2019 年完成 Omegatech（中国武汉）和 Deltatech（比利时布鲁塞尔）研发中心的建设。
OPmobility 拥有一系列经欧洲 EC79 和国际 R134 标准认证的用于储存 H2 的 4 型压力容器。据报告，2021 年的产量包括通过 EKPO（德国 Dettingem/Erms）生产的每年多达 10,000 个燃料电池，以及在比利时 Herentals 生产的每年多达 10,000 个 4 型气瓶：
每年在比利时赫伦塔斯生产多达 10,000 个 4 型气缸
在韩国庆州，每年供应多达 60,000 个气瓶，包括为预计于 2023 年投产的现代 Staria 面包车每年供应多达 30,000 个气瓶。(然而，2024 年 2 月的投资者日演示文稿将韩国现代的工厂设在韩国的湾州，每年供应 30,000 个油箱）。
在法国拉谢勒（Lachelle）的 4 型坦克年产量达 80,000 辆（2022 年宣布，用于支持与 Stellantis 和 Hyvia 的合同）。韩国和法国工厂都将于 2025 年投入运营。
通过 PO-Rein 与浙江莱茵（中国绍兴）各占 50%股份的合资企业，上海嘉定氢能园区内占地 28,000 平方米的超大型工厂将于 2026 年投入运营，每年生产多达 60,000 个压力容器。
继 2022 年 OPmobility 宣布为福特 F-550 Super Duty 氢燃料电池卡车提供压力容器后，2023 年 8 月又有报道称，该公司正在密歇根州勘探两处厂址，预计到 2027 年每年可生产 40,000 辆汽车。该公司还宣布与法国重型车队专业公司 Hyliko 建立合作关系，并称将在 2030 年前每年投资 1 亿欧元，以支持氢燃料电池系统的生产并提高其产量。
Luxfer 气瓶
Luxfer Gas Cylinders（美国加利福尼亚州河滨市）生产铝制和复合材料压力容器，产品广泛应用于各种市场，包括自给式呼吸器或 SCBA（如消防员）、潜水器、航空航天和船舶充气、医疗、饮料用二氧化碳、灭火器、高性能赛车和工业气体。该公司还供应压力高达 350 巴的 G-Stor Pro III 型和 G-Stor Go 4 型储气罐，用于 CNG 和 H2 等替代燃料，并正在开发 700 巴储气罐，但目前还没有商业产品。目前，该公司销售的大部分是用于压缩天然气和非燃料应用的 3 型气瓶（铝制内衬外覆碳纤维/环氧树脂）以及 1 型铝制气瓶。公司拥有五个制造工厂。用于替代燃料的 3 型和 4 型油箱在里弗赛德（美国加利福尼亚州）和卡尔加里（加拿大）生产；用于非燃料应用的 4 型油缸在里弗赛德和波莫纳（美国加利福尼亚州）生产；2 型油缸也可使用复合材料，在里弗赛德和诺丁汉（英国）生产。请注意，诺丁汉生产公司的 1 类气缸以及集成 3、4 类替代燃料气缸的完整系统。Luxfer 的大部分复合材料生产都在里弗赛德进行。
Luxfer G-Stor Go H2 IV 型储气罐。来源 | Luxfer 气瓶
2023 年 9 月，Luxfer 宣布将在诺丁汉的科尔维克（Colwick）基地新建一座耗资 100 万英镑的生产设施，以支持可在英国和欧洲配送 H2 的虚拟天然气管道。该工厂将使用3型或4型气瓶生产多元素气体容器（MEGC）。MEGC 包括 G-Stor Hydrosphere（有 20 英尺、40 英尺和 45 英尺三种长度可供选择）和较小的 G-Stor Pro Bundle（有 1804 毫米、2298 毫米和 3350 毫米三种长度可供选择，分别可运输 32 公斤、44 公斤和 70 公斤的 H2 气体）。
其他参与者，在压力容器中使用 towpreg
2023 年 12 月，Worthington Industries（位于美国俄亥俄州哥伦布市）拆分为 Worthington Steel 和 Worthington Enterprises，后者是其可持续能源解决方案业务的所在地，其中包括三个生产设施。Worthington Austria 复合汽缸工厂位于欧洲 SES 总部（奥地利维也纳附近），于 2021 年投入使用，而位于波兰斯武普斯克的 Portowa 复合汽缸工厂则于 2011 年收购。这两家工厂都生产用于 CNG 和 H2 车载加气系统以及 Cosmos 气体运输容器的 COM3T Type 3（最大压力 350 巴）和 Fourtis Type 4 储气罐（最大压力 700 巴）。
Worthington 位于葡萄牙吉马良斯的 Amtrol-Alfa 工厂还扩大了规模，增加了用于小型 H2 工业应用、H2 无人机和 SCBA 的 3 型和 4 型压力容器生产线。为了成为全系统供应商，Worthington 于 2021 年收购了 PTEC 压力技术有限公司，该公司负责设计和组装用于重型车辆和运输应用的全套车载加气系统中的气路组件（从加气容器到压力调节器）。
用于压缩天然气的 COM3T 200 巴 III 型气瓶（上）和配有 Fourtis IV 型复合气瓶的 Cosmos 20 英尺集装箱（下）。来源 | 沃辛顿企业
尽管 Worthington 已不再在北美拥有复合材料气瓶工厂--它已于 2021 年将结构复合材料工业公司（SCI，美国加利福尼亚州波莫纳）出售给 Luxfer，但它仍致力于不断增长的替代燃料储存市场。"沃辛顿SES业务复合材料市场开发总监拉迪沙-努尼奇（Radiša Nunić）指出："我们自身的技术诀窍和生产专长可追溯到30多年前。"我们将继续开发和投资成熟的压缩天然气市场和快速增长的氢能经济。我们看到车载燃料系统以及天然气运输和加气基础设施对氢气存储的需求不断增加。
尽管我们的客户群在 3 型和 4 型气瓶之间保持平衡，但如果对 H2 的需求继续增加，我们相信这将推动 4 型气瓶的增加。例如，符合欧盟新法规 ECE R134 的 700 巴气瓶与 3 型气瓶中的铝衬里相比，在疲劳方面具有优势，而且在价格、重量和 H2 容量方面也具有潜在优势。但每种应用都有其独特的商业案例，目前这两种气瓶的使用量都在增长。我们看到公共交通、长途运输和商用车辆都有很大的增长。
尽管 Worthington 公司在生产 H2 和 CNG 气瓶时主要使用湿丝缠绕工艺，但该公司还开发了使用丝束浸渍材料制造的合格气瓶的批量生产。"Nunić 说："我们的丝束浸渍气瓶尺寸较小，主要在葡萄牙生产。"两种技术都很合理。这是一个产品尺寸、类型、需求和数量的问题。
福伊特 HySTech
福伊特的 Carbon4Tank 采用精密丝束，使碳纤维用量减少 15%，卷绕速度提高 4-6 倍。资料来源
与此同时，福伊特 HySTech（前身是位于德国慕尼黑加兴的福伊特复合材料公司）使用拖浸材料制造的 350 升、700 巴的 Carbon4Tank 4 型 H2 储存容器于 2023 年 12 月获得了 R 134 认证。"福伊特高新技术公司首席技术官 Carolin Cichosz 说："我们于 2020 年开始开发工业化的 H2 储罐。"我们已经在造纸业大型 CFRP（碳纤维增强聚合物）辊的湿法长丝缠绕方面积累了 10 多年的经验"。
该公司还拥有使用自己的预浸带为大批量汽车行业实现 CFRP 结构件工业化的经验。"她解释说："我们使用丝束浸渍缠绕技术，因为我们知道，只有在工艺超级精确的情况下，才有可能实现最高的汽车标准、产量和工业化。她解释说："我们对纤维浸渍工艺进行高度控制，以尽量减少材料特性的偏差，从而减少罐体特性的偏差。这样，设计中的安全系数就更精确，材料用量也减少了 15%。纤维在卷绕过程中也不会在半径区域内打滑，这也提高了我们的精度，我们的卷绕速度可以达到湿法卷绕的 4-6 倍。然后，水槽通过连续自动生产线进行烘箱固化和整理，采用与湿法缠绕水槽相同的理念。
"Cichosz 说："我们目前正在慕尼黑/Garching 建立第一条试验生产线，离我们的汽车零部件制造厂只有几米远。"这包括一个先进的 IT 基础设施，使我们能够在生产过程中测量数据并进行在线评估。我们可以优化生产流程并控制整个生产周期，所有设备都是完全联网的，这就提供了完全的可追溯性，并能了解我们的生产流程中发生了什么。我们还有余地在慕尼黑增加第二条和第三条生产线，但我们也会与客户讨论未来生产线的设立地点"。
用于重型卡车的 Carbon4Tank 即插即用 H2 系统采用四个 350 升油箱的垂直配置，续航里程达 1,000 公里。资料来源：福伊特 HySTech
目前的 Carbon4Tank 长 2.14 米，外径 560 毫米。目前正在燃料电池和 H2 内燃机商用车以及工程机械上进行试验。"Cichosz 补充说："我们认为最大的市场是重型卡车，但也包括铁路、公共汽车、工业车辆和一些固定应用等需要长距离和高能量的领域。
欲了解更多有关用于 H2 储存容器的牵引缠绕技术的发展趋势，请参阅 2024 年 1 月的文章 "AFP 的下一个发展"。
V 型无内衬压力容器
随着 4 型储罐市场的增长，制造商继续开发无衬里的全-CFRP 5 型储罐。据估计，与 4 型储罐相比，去掉内衬可减轻 10-30% 的重量，并可多出 10% 的内部容积用于储存 H2。但是，容器的缠绕仍然需要某种类型的芯轴，而且如果没有内衬，罐内的气体或液体会渗透复合材料层压板。要长期使用，特别是在承受压力、温度和外部负荷的反复循环时，必须克服这一问题。但如果能克服这个问题，5 型罐体应该更适合目前正在寻求的可适应的非圆柱形几何形状，以便更好地安装在汽车、飞机和其他车辆上（见下文 "可适应的罐体"）。5 型储罐最初用于太空工业，储存液氧 (LOX)、氢气 (LH2) 和其他低温燃料，现在正在开发用于地球上的运输应用。
SSLC
据 Scorpius Space Launch Company（SSLC，位于美国加利福尼亚州托兰斯）报告，该公司于 2006 年首次商业交付 5 型贮箱。不过，通过其姊妹公司 Microcosm，该公司在 2000 年取得了第一个成功--为 Garvey Spacecraft 的 Kimbo IV 火箭提供了一个亚规模的 LOX 罐。2008 年，作为与空军研究实验室（AFRL）合作的第二阶段 SBIR 的一部分，SSLC 为 Garvey Spacecraft 的 Prospector 9A (P-9A) 演示型纳米卫星运载火箭（NLV）提供了一对 5 型贮箱，据说这是第一枚使用两个 5 型低温推进剂贮箱实现飞行的运载火箭。它还为参加 2006-2009 年诺斯罗普-格鲁曼登月者 XCHALLENGE（XPRIZE 竞赛的一部分）竞赛的公司提供高压氦气箱和更大的推进剂箱。
到 2018 年，SSLC 报告称已向超过 25 家客户交付了远超 100 个 Pressurmax 5 型油箱。SSLC 总裁兼首席执行官马库斯-鲁弗尔（Markus Rufer）在 2023 年接受 CW 采访时指出，目前已向包括航天发射公司在内的客户交付了超过 150 个储罐，SSLC 的储罐正在太空中运行，但他不被允许讨论细节。2023 年的文章 "5 型压力容器助力月球着陆器 "介绍了 SSLC 与 Intuitive Machines 公司（位于美国德克萨斯州休斯敦）签订的合同，其中包括为 Nova-C 月球着陆器提供长 ≈1 米 × 直径 1.3 米的推进罐，用于储存沸点分别为-183°C 和-162°C 的低温液氧和液态甲烷 (LCH4)。这艘名为 Odysseus 的航天器于 2024 年 2 月 22 日成功登陆月球--实现了美国自阿波罗 17 号以来的首次重返月球，也是首个从月球表面为美国国家航空航天局有效载荷传输数据的商业月球登陆器。直觉机器公司将支持 5 型的推进系统列为成功的关键。Rufer 指出，随着 IM-1 登月任务的成功完成，Pressurmax 无衬垫 5 型油箱系统现已达到 NASA/USAF/ESA/ISO 的最高技术就绪水平 (TRL) 定义 TRL 9。
SSLC V 型油箱显示其蓝宝石 77 树脂的蓝色光泽。来源 | SSLC
SSLC 储罐曾在温度低至 -196°C 和压力高达 552 巴的条件下通过循环测试。Rufer 指出，公司采用的方法并非真正旨在消除微裂纹，而是生产出一种不允许微裂纹扩展或连接的 5 型储罐层压板，从而满足性能要求。另一个主要特点是使用工业上可获得的材料，如现成的碳纤维--例如，2008 年的一个油箱就使用了 Hexcel 公司（美国康涅狄格州斯坦福德）生产的 IM7。不过，它所使用的树脂是内部开发的。蓝宝石 77 因其蓝色光泽而得名，测试温度为 77 开尔文/-321°C，也是由工业成分制成，但其中一些成分通常不用于复合树脂。蓝宝石 77 已经过 -321-170°C 的测试，并与太空中使用的所有槽液，甚至肼一起进行过测试。
SSLC 储罐的另一个特点是在与加油系统连接的法兰和凸缘上使用 CFRP 而不是金属。这消除了可能导致泄漏的热膨胀系数（CTE）不匹配问题。事实上，SSLC 油箱的所有功能（如内部防荡气挡板、外部加强筋、用于连接其他系统组件的夹板/托架/支架）都由 CFRP 制成，并与油箱结构融为一体。"鲁弗说："我们希望消除次要结构和质量，使 5 型油箱成为车辆的主要承载结构。"因此，你不需要重量和成本都很高的另一个管子作为机身，所有的油箱功能都集成在其中。这样就可以采用不同的设计方法和新的解决方案，并实现使用金属油箱或复合材料包裹金属油箱时无法实现的性能。我们的设计方法为您的车辆设计开辟了其他贸易空间，因为您的油箱现在就是您的承重底盘。
无限复合材料
V 型复合材料无衬里储罐。来源 | 无限复合材料公司
Infinite Composites 公司（美国俄克拉荷马州塔尔萨市）成立于 2010 年，2013 年交付了第一批用于压缩天然气 (CNG) 汽车的 5 型复合材料压力容器。2016 年，该公司认为太空更适合其技术，并收到了 SpaceX 和 NASA 马歇尔太空飞行中心的请求。从那时起，该公司就开始供应 Arctic CPV 和非低温 Infinite CPV 5 型储气罐，容量从 5 升到 325 升不等，用于航天器、航空、地面运输和工业气体应用。"Infinite Composites 公司首席执行官 Matt Villarreal 说："我们目前的项目涉及火箭、低地球轨道和地球同步轨道卫星、月球着陆器、无人驾驶飞行器、高超音速飞行器、H2 动力飞机和专门的利基项目。"我们已经完成了 18,000 次压力循环，用于联邦机动车安全标准 [FMVSS] 304 测试以及碰撞后生存能力和篝火测试。我们已经在许多不同的应用中证明了我们的技术，现在我们的重点是完成资格认证并扩大批量生产规模。" 2024 年 2 月，该公司宣布获得资金，以扩大其产品的规模和压力，为不断发展的 H2 经济助一臂之力。"Villareal 补充说："我们的使命是让 5 型复合材料压力容器像金属罐一样普及。
无限复合材料公司收到了越来越多的请求，不仅要求将其油箱用于太空，还要求将其用于地球上的 H2 动力飞行器。该公司正在与氢燃料动力飞机领域的多家公司合作，提供 10 个 5 型复合材料油箱用于测试。不过，地球上用于运输的罐体经历的压力循环（数万次）远多于太空飞行器中使用的罐体（数十至数百次）。"Villareal说："但最主要的区别在于外部因素造成损坏的风险。这就需要进行更为严格的测试来降低风险。Infinite Composites 公司已经完成了这类测试，并看到了这些应用技术的融合。
"他解释说："我们处于所有这些市场的交叉点。"我们甚至向 H2 飞机项目出售与太空飞行器集团相同的坦克，因为它们符合相同的标准和安全系数，并经过相同的测试。我认为在 5 年左右的时间内，这些市场所使用的技术不会有太大的差别。我们生产的 V5 型储气罐已经超过了能源部规定的车用 H2 储存重力效率目标，也超过了之前为太空应用设定的目标。
Omni Tanker
用于货运罐车的 OmniTanker IV 型罐体技术已与洛克希德-马丁澳大利亚公司和新南威尔士大学合作，进一步开发 V 型罐体。来源 | OmniTanker 网站
Omni Tanker 公司（澳大利亚新南威尔士州斯米顿格兰奇）成立于 2006 年，利用其专利的碳纤维复合材料技术制造腐蚀性化学品专用公路罐车设备。由聚乙烯或氟化热塑性塑料制成的无缝塑料内衬（OmniShield）与获得专利的高强度接口（OmniBind）实现结构连接，据说不会分层，与使用航空航天级材料制成的 CFRP 外层压板（OmniFort）之间具有出色的耐久性，并集成了被动防火功能。这些非低温 4 型储罐的容量从 4,000 升到 20,800 升不等，最大工作压力为 2.75 巴。
2021 年 7 月，Omni Tanker 公司宣布与洛克希德-马丁公司澳大利亚分公司（堪培拉）和新南威尔士大学悉尼分校共同实施一个价值 140 万澳元的项目，开发并商业化一种有氟聚合物衬里的 4 型油箱和一种无衬里的 5 型油箱，作为卫星的低温燃料箱。该项目将使用由王春教授领导的新南威尔士大学研究团队发明的纳米工程添加剂产品，该产品可使 CFRP 承受低温而不会出现基体裂缝。
2023 年 12 月，Omni Tanker 公司宣布已完成合作研究项目，建造了 4 型和 5 型油箱，在零下 269°C 的温度下达到了性能指标。随后，Omni-Tanker 公司为洛克希德-马丁公司的 LM2100 卫星制造了作战规模的示范型油箱，并在 Omni Tanker 公司的先进制造工厂进行了生产。"Omni Tanker 首席执行官丹尼尔-罗杰斯（Daniel Rodgers）说："我们已经能够将我们的复合材料公路油罐车技术转化到全球航天领域，在这个领域，性能、重量和成本都是至关重要的。"与航天领域广泛使用的钛等外来材料相比，Omni Tanker 可以更快地开发和交付复合材料压力容器，满足苛刻的技术要求，而且成本更低。"
Liquid H2 storage
H2 市场需要多种解决方案，以满足对储存和加气的各种要求。LH2 具有更高的容积密度，在 700 巴的 4 型储气罐中比压缩气体（CGH2）多存储 40% 的燃料。因此，轻量级 LH2 储罐被认为是至关重要的，例如，在没有足够空间容纳大型 4 型 CGH2 储罐的情况下，轻量级 LH2 储罐可为零排放航空的长航程飞机脱碳。
Fabrum
Fabrum 的机载 LH2 存储器在地面车辆中使用金属外壳，在航空中使用全复合材料结构。来源 | 法布鲁姆
据 CW 于 2023 年 2 月报道，Fabrum（新西兰克赖斯特彻奇）交付了其首个用于航空的轻质复合材料 LH2 储罐。菲尔顿系统工程公司（FSE，英国布里斯托尔）计划在 2023 年初对该油箱进行测试。Fabrum 此前曾宣布与 FSE 和 GKN Aerospace（英国雷迪奇）合作开发一套完整的燃料储存和输送系统。"Fabrum董事长兼联合创始人克里斯托弗-博伊尔（Christopher Boyle）说："我们很高兴现在能将我们的航空航天和氢气系统结合起来，与FSE一起进行实际飞行和全面认证。"我们始终认为氢气是航空业理想的替代燃料，17 年来，我们已经开发出巨大的能力，并了解航空系统的驱动因素。
该公司的网站介绍说，其机载 LH2 储罐采用了专有的三层罐体技术，可提供更强的隔热性能。它指出，地面车辆储气罐使用金属外皮，而航空储气罐则完全由先进的复合材料组成。
GKN Aerospace
资料来源：吉凯恩宇航公司 HyFIVE 财团新闻稿
吉凯恩宇航公司随后于2023年8月宣布，将与马歇尔公司（英国剑桥）和帕克宇航公司（美国俄亥俄州克利夫兰）签署谅解备忘录，共同探索零排放飞机的LH2燃料系统解决方案。谅解备忘录包括 LH2 燃料系统开发的所有领域，其中复合材料和金属技术的开发备受关注。吉凯恩航空航天公司还宣布与巴斯大学（University of Bath）建立名为 "天顶"（Zenith）的 EPSRC Prosperity Partnership（欧洲工程与科学研究中心繁荣合作伙伴关系），其中包括大力发展用于 H2 储存的复合材料和结构。2024 年 3 月，吉凯恩公司将这些合作正式纳入 HyFIVE 财团，由英国航空航天技术研究所出资 4000 万英镑。其目标是对完全集成的 LH2 燃料系统进行地面测试。吉凯恩公司称，HyFIVE将补充其H2GEAR电力推进项目，并为H2支线飞机及其他飞机提供所需的技术和供应链。
NCC
LH2 低温储存罐。资料来源：英国国家复合材料中心
据 2023 年 10 月报道，国家复合材料中心（英国布里斯托尔）宣布，它成功地用 LH2 测试了一系列复合材料低温储罐。国家复合材料中心设计并制造了这些储罐，该中心指出，除了复合材料低温储罐测试计划和概念设计工具外，这些专业知识将用于支持英国向 H2 经济的过渡。测试了两种储罐--单件结构和分件设计。两个储气罐的容量均为 30 升，设计压力均为 8 巴，并在 NCC 现场使用自动纤维贴片 (AFP) 技术制造。储气罐只有一层外皮，用于容纳 LH2。与菲尔顿系统工程公司（FSE，布里斯托尔）合作进行的测试使用了 LH2 真空测试室和低温测试仪器。国家协调中心正在为 H2 的运输和储存开发最先进的制造和测试设施，包括压力容器和管道，这将加强其设计、测试和制造能力。该设施将于 2023 年底前安装长丝卷绕机和热塑性管道卷绕机。
Airbus
2024 年 1 月，据 CW 报道，空中客车公司将在德国斯塔德新建一个 ZEROe 开发中心 (ZEDC)，开发 H2 技术。空中客车公司的 ZEROe 计划以未来零排放、以 LH2 为燃料的飞机为目标，计划于 2035 年投入使用。位于斯塔德的ZEDC将重点研究使用纤维增强复合材料的高性价比轻质H2系统，包括低温LH2储罐。"空中客车公司首席技术官萨宾-克劳克（Sabine Klauke）表示："该ZEDC将受益于更广泛的复合材料研发生态系统，如空中客车公司子公司复合材料技术中心和位于斯塔德的CFK NORD研究中心，以及太空和海事活动的进一步协同效应。
斯塔德也是空中客车公司生产复合材料密集型垂直尾翼飞机（VTP）的基地。斯塔德的团队将与从事金属油箱工作的 ZEDC 合作，特别是与德国不来梅和法国南特的团队合作。工作将包括部件设计和制造，以及测试装配方法。该团队还将为其他 ZEDC（包括西班牙马德里和英国菲尔顿）的工作做出贡献。
Cryo-compressed H2 storage
与 LH2 和 CGH2 相比，CcH2 的存储密度更高。来源 | Cryomotive
第三种方案提供了一种介于 LH2 和 CGH2 储存之间的混合解决方案。CcH2 使用低温（如 40-80K/-233°C 至 -193°C ）和中压（如 350 巴）来消除 LH2 的沸腾问题，并实现比 CGH2 和 LH2 更高的存储密度。该技术于 2003-2013 年间在宝马公司（德国慕尼黑）开发，1997 年底至 2020 年间在劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL，美国加利福尼亚州利弗莫尔）开发。
2020 年成立的两家公司目前正在将 CcH2 系统商业化： Cryomotive 公司（德国格拉斯布伦）由宝马公司和 Verne 公司（美国加利福尼亚州旧金山）的工作发展而来。
据报道，其优点包括
重型卡车的续航里程延长至 1,000 至 1,300 公里，而容积相似、压力为 700 巴的 CGH2 罐的续航里程仅为 724 公里。
H2 以冷气而非液体形式储存，消除了沸腾问题，降低了隔热要求和成本。
与 4 型储气罐相比，CcH2 储气罐使用的碳纤维减少了 60-80%，从而降低了大量成本并解决了供应问题。
带 Cc2 储气罐的车辆可在现有的 350 巴 CGH2 压力下加油（如果 Cc2 最大工作压力大于 440 巴，以符合最大 CGH2 加油压力）。如果 CcH2 的最大工作压力大于 440 巴，以符合 CGH2 的最大加油压力）或低温压缩站中的 LH2。
CcH2 系统可在 5-15 巴的压力下为燃料电池供气，在 10-50 巴的压力下为内燃机供气。
Cryomotive
Cryomotive CcH2 储罐采用 III 型内部压力容器和外部铝制夹套（未显示）。在这里，使用 Mikrosam 系统用碳纤维/环氧树脂包裹铝制内衬。来源 | Cryomotive
正如 2023 年 1 月 CW 的文章 "低温压缩 H2，储存和加气站的最佳解决方案？宝马公司在 2010-2013 年间的演示文稿中描述了一种用于汽车的 Cc2 系统原型，该系统可实现 <5 分钟的加气时间和 >500 公里的续航里程。该系统使用一个 235 升的复合包覆压力容器 (COPV) 作为内罐，内罐与金属外罐/外罩之间采用低温绝缘。据报道，这种 CcH2 储罐在 350 巴压力下可储存 7.1 千克氢气，而标准的 350 巴和 700 巴 CGH2 储罐分别可储存 2.5 千克和 4.6 千克氢气。当宝马选择不将该系统商业化时，主要研究人员托比亚斯-布鲁纳获得了将 CcH2 技术应用于卡车、商用车和飞机的关键专利，并成立了 Cryomotive 公司。
Cyromotive 的初步牵引缠绕试验支持了其放弃湿法缠绕的决定。来源 | Cryomotive
Cryomotive 最新的 Cryogas 储气罐直径为 2,450 × 700 毫米，水容积≈540 升，可储存 39 千克 Cc2。对于由两个侧装容器组成的重型卡车系统（类似于目前的柴油罐，左右各一个）来说，这将提供近 80 千克的 CcH2，而安装在卡车驾驶室后面的架子上的三罐系统则可提供 120 千克的 CcH2。Cryomotive 将于 2024/25 年在 MAN（德国慕尼黑）卡车上测试其 CcH2 系统，并计划于 2025 年底开始商业运营，到 2026/27 年将 CcH2 储罐数量从数百个增加到 2027 年的数千个。Cryomotive 公司还放弃了湿式缠绕，表示将继续使用牵引式缠绕来扩大规模，以实现更加工业化的大规模生产设计。
Verne
1997 年，Salvador Aceves 和 Gene D. Berry 通过热力学建模强调了 CcH2 的优点。阿塞维斯在 LLNL 的团队设计并制造了三代储气罐，并在客车上进行了测试。2020 年，戴维-贾拉米略（David Jaramillo）与爱德华-麦克克尔文（Edward McKlveen）和巴夫-罗伊（Bav Roy）共同创立了 Verne 公司，探索 CcH2 在重型交通工具中的应用。随后，阿塞维斯博士以顾问身份加入 Verne。
Verne 2023 CcH2 演示罐，包括 CFRP 包裹的内部压力容器和计划用于 8 级卡车的侧装配置。来源 | 凡尔纳
2023 年 12 月，Verne 宣布展示了一套可储存 29 千克 CcH2 的系统，并随后完成了车载测试。Verne 已收到卡车车队为超过 150 辆卡车提供 CcH2 系统的意向书，并计划在 2025 年与多个车队启动示范项目。对于卡车，Verne 的储气罐长度为 2000-3000 毫米，直径为 660-710 毫米，可配置 2-4 个储气罐，容纳 60-130 公斤的 CcH2 气体，续航里程为 800-1600 公里。
Verne 还宣布与氢电航空开发商 ZeroAvia（美国加利福尼亚州霍利斯特）合作，探索将 CcH2 储存用于零排放 H2 燃料动力系统。因此，Verne 正在开发一个 CcH2 技术平台，该平台可针对各种应用进行优化，包括卡车运输、航空、采矿和 H2 配送。该公司已获得美国能源部 ARPA-E、比尔-盖茨 "突破能源研究员 "和亚马逊 "气候承诺基金 "等机构的资金支持。
Conformable H2 tanks
4 型 CGH2 坦克是圆柱形的，因为它是仅次于球形的最有效的抗高压结构形状。但是，它们不容易装入车辆。一个日益增长的趋势是，开发与电动汽车电池组相同扁平空间的适形 H2 储罐，例如，更适合小型飞机的机翼或机身。
慕尼黑工业大学
2023 年 2 月，CW 报道了两个旨在利用碳纤维复合材料生产适形 CGH2 储罐的规模化制造示范项目： Polymers4Hydrogen（P4H）和Hydrogen Demonstrator and Development Environment（HyDDen）。这两个项目的合作伙伴都是慕尼黑工业大学（TUM，德国慕尼黑）的碳纤维复合材料教席（LCC）。
使用 3D 打印的六边形骨架和拉挤 CF/PA6 棒材作为张力支柱插入，然后缠绕长丝的概念验证立方体水箱。来源 | 慕尼黑工业大学 LCC
P4H 公司生产了一种概念验证型立方体水箱，使用的是带有集成复合材料拉伸带/支撑的热塑性骨架，然后用碳纤维增强环氧树脂进行缠绕。HyDDen 采用了类似的设计，但探索使用 AFP 生产全热塑性复合材料水箱。
Carbon ThreeSixty
计划中的 HiDEN 可保形 H2 储存系统效果图。来源 | Carbon ThreeSixty
2023 年 3 月，Carbon ThreeSixty 公司（英国奇彭纳姆）宣布正在开发一种基于 "微型 "H2 储存容器阵列的高密度能源网络（Hi-DEN）。其设想是，Hi-DEN 可以根据可用的汽车空间进行重新配置。Carbon ThreeSixty 的目标是将 CGH2 储存量提高 15-20%，并通过测试功能齐全的原型来证明这一点。Carbon ThreeSixty 计划监督树脂传递成型 (RTM) 的使用，而合作伙伴 Antich & Sons 公司（英国哈德斯菲尔德）将开发三维编织预型件，Viritech 公司（英国伦敦）将开发罐体和填充控制系统，并在其燃料电池电动汽车 (FCEV) 动力系统中集成/演示该系统，同时提供一条上市路线。
Polar Technology Management Group
"盒装氢 "的特点是在一个集成装置中装有多个相互依存的腔室。来源｜极地技术管理集团
2023 年 6 月，极地技术管理集团（英国埃因沙姆）宣布与穆格控制公司（Moog Controls）共同开发了一种名为 "箱式氢气 "的保形罐概念，用于在关键任务环境中有效地储存和释放 H2，主要用于商业航空运输。经过 6 个月的技术评估，确定该设计可适用于 350 和 700 巴的 3 型和 4 型储罐。极地技术公司的首席工程师基兰-伯利（Kieran Burley）解释了这一概念： "结合新颖的设计方案和创新的制造工艺，我们可以将 H2 储存有效地封装在一系列相互依存的腔体中，形成一个储存库，而不是在空间中安装一些标准的独立气瓶。右图所示设计实际上是 Thiokol 公司在 1995 年申请的专利，请参见慕尼黑工业大学在 2023 年 2 月文章中的评论。
Noble Gas Systems
Noble Gas Systems 符合标准的储气罐可储存 CGH2，用于车辆、散装储存和其他应用。来源｜诺贝尔气体系统公司
2023 年 7 月，据 CW 报道，Noble Gas Systems 公司（美国密歇根州诺维市）生产的 350 巴保形罐通过了 HGV2 标准性能测试。测试由经认证的第三方实验室进行，包括爆裂、渗透、环境循环、极端温度循环、H2 循环、加速应力破裂、篝火和渗透。Noble Gas Systems 符合标准的储气罐由聚合物内衬、编织纤维加固层和保护外壳组成。虽然这种储气罐不依赖树脂，因此也不是纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料，但它确实为 4 型复合材料储气罐提供了一种商业上可行的替代品，而且这种储气罐可以配置在与目前电动汽车电池外壳相同的平面空间内。
Noble Gas 公司已经交付了 CGH2 容量从不足一公斤到超过 10 公斤不等的原型产品，并正在为客户开发高达数百公斤的系统。其应用包括小型车辆和散装储存系统。公司正在进一步开发用于 500 巴和 700 巴储气罐的技术，并扩大生产规模。
Forvia Faurecia
上图概念来自 2023 年 5 月的公司大会，下图来自 2023 年 5 月的 Mobility Engineering 文章。资料来源：佛吉亚集团和《交通工程》杂志
佛吉亚网站的 "先驱技术 "页面指出，佛吉亚在 2023 年 1 月的 CES 展会上首次展示了其保形 CGH2 坦克概念。在其关于 IAA Mobility 2023（9 月 5 日至 10 日，德国慕尼黑）的新闻资料袋中，该紧凑型车底设计被描述为 "一种创新的棱柱形复合材料结构，与圆柱形油箱相比，储油量最多可增加 50%，因此具有更大的独立性"。
2023 年 5 月的公司大会上也展示了这一概念。然而，2023 年 5 月发表在《Mobility Engineering》上的一篇文章却展示了一个截然不同的产品。在这篇文章中，H2 存储模块是一个盒子，工程师声称它能在 700 巴的压力下将车载 H2 增加 40-50%。他们解释说，它仍然使用碳纤维复合材料外层和尼龙/PA内衬。与此同时，一个原型已经投入使用，该技术正在为投产做进一步准备。
Thermoplastic composites and recycling in H2 storage
THOR 项目展示了 4.5 型热塑性复合材料 CGH2 罐和回收工艺。资料来源：THOR 项目
优化和可回收的热塑性氢气罐，简称 THOR 项目，由燃料电池和氢气 2 联合企业 (FCH2JU)（现为清洁氢伙伴关系）资助，旨在开发一种可工业化和可回收的氢气储存压力容器。THOR 项目与激光辅助胶带缠绕 (LATW) 技术和设备供应商 AFPT（德国多尔特）合作生产了 15 个热塑性复合材料 (TPC) 储罐。其中包括经过爆破压力测试的约 1,500 巴的罐体，与 EC79 合格标准要求的 1,580 巴仅相差 6%。CW 在 2024 年 2 月的一篇文章中详细讨论了该项目。主要内容包括
使用 WoundSIM 软件将碳纤维/环氧树脂基线设计转换为 TPC，并使用项目合作伙伴 Cetim（法国森利斯）开发的 Optitank 软件正确模拟缠绕复合材料的几何形状和刚度。
能够实现 "4.5 型 "储罐，因为如果材料相容，TPC 层压中的第一层复合材料可以焊接到 PA 热塑衬垫上。
回收试验展示了使用 Cetim 的 Thermosaïc 工艺将油箱层压板加工成切片并将其加工成性能高于短纤维化合物的即用面板的概念。这些板材可以冲压成 TPC 部件。
Cetim 安装了一台新的 HySpide TP 机器，使卷绕速度提高了 10 倍，展示了生产低成本水箱的工业解决方案。
AFPT 还参与了由德国政府资助、空客子公司复合材料技术中心 (Stade) 领导的为期 3 年的 LeiWaCo 项目。该项目的目标是经济地批量生产用于航空和其他运输应用中 LH2 储罐的 TPC 压力容器，并将生产在代表运行环境的设置中进行测试的演示器，以达到 TRL 5 的技术就绪水平。
弗劳恩霍夫 IPT 通过 "Tankcycling "研究项目，开发出一种新的回收工艺，可将碳纤维/热塑性 UD 带从油箱内衬剥离。来源 | 弗劳恩霍夫 IPT
2023 年 7 月，弗劳恩霍夫 IPT 公司（德国亚琛）宣布，通过 "Tankcycling "研究项目，该公司开发出一种新型回收工艺，可从使用 LATW 制造的 TPC H2 储罐中回收纤维。该团队成功地在新产品中重复使用了这些纤维，而且没有明显的质量损失，回收材料的机械强度保留了 90% 以上。弗劳恩霍夫 IPT 公司获得专利的回收工艺（DE 10 2016 117 559 A1）可以在剥离过程中将单向（UD）碳纤维/热塑性聚合物带从热塑性衬垫上剥离下来。这样，胶带就可以重新用于同样采用胶带缠绕工艺生产的其他产品。项目研究人员已经开发出一种带有各种模块的设备原型，可以回收形状复杂的压力容器。
同样在 2023 年 7 月，福伊特复合材料公司（现福伊特 HySTech 公司）宣布将致力于开发使用热固性碳纤维/环氧 UD 带制造的复合材料 H2 储罐的回收利用技术。目前正在与东丽（日本东京，负责材料）、Tenowo（德国霍夫，负责无纺布制造）和 Delta-Preg（意大利圣埃吉迪奥拉维布拉塔，负责树脂浸渍）合作开发两种不同的回收工艺：
从福伊特卷绕工艺中收集切片，切割成 ≈60 毫米的长度，定向并转换成干无纺布，然后浸渍树脂并铺设成预浸料堆，在闭模工艺中压制成最终使用的部件。示范部件包括在 JEC World 2023 上展出的一款欧洲跑车的车底加固部件。
使用酸性溶解工艺从复合材料部件中提取 60-80 毫米长的碳纤维和树脂，然后将其重新定向并转化为 50 毫米宽的 UD 带，这些 UD 带浸渍了环氧树脂，然后可以使用自动化福伊特粗纱涂布机 (VRA) 技术定制成新汽车部件的预成型件。
目前已开发出试验规模的系统，并取得了积极的初步成果，例如再生碳纤维（rCF）胶带的拉伸强度比原始碳纤维高 80-90%。福伊特复合材料公司未来的发展目标包括将提取的树脂成分重新制造成新的树脂，并通过其 rCF 产品向生物基树脂或再生树脂方向发展。福伊特复合材料公司打算在 15 年后让其水箱获得第二次生命，成为功能齐全的 CFRP 汽车结构件，并将继续与其汽车制造商合作伙伴合作，将 rCF 部件应用到量产的运动型和豪华型汽车中。
