高壓儲氣罐是先進復合材料，尤其是碳纖維纏繞復合材料最大和增長最快的市場之一。雖然它們用于自給式呼吸器并在航空航天器上提供氧氣和氣體儲存，但主要的終端市場是儲存液體丙烷氣（LPG）、壓縮天然氣（CNG）、可再生天然氣（RNG）和氫氣（H2）。雖然液化石油氣罐可用于車輛，但發展中國家的烹飪和取暖市場也在不斷增長。

CNG、RNG和H2燃料系統越來越多地用于乘用車、公共汽車、卡車和其他車輛，或用于大宗運輸（也稱之為移動管道）以供應加油站或工業場所。在車輛中，這些燃料儲存罐是減少或零排放動力系統的關鍵組成部分，可替代汽油、柴油和噴氣燃料的清潔替代品。這些動力系統也為電池驅動的車輛提供了一種無需充電的替代方案，其加油基礎設施和加油時間與化石燃料相似。

從歷史上來看，類型Ⅰ占據了90%以上的市場。然而，隨著使用復合材料減重并提高壓縮氣體存儲效率的III型和IV型容器的銷量增加，這種情況正在發生改變。V型仍處于起步階段，主要用于太空應用，但隨著新太空產業的發展，這是一個值得關注的領域。例如，2020年4月，Infinite Composites Technologies（ICT，美國俄克拉荷馬州塔爾薩市）開發了一種球形Ⅴ型低溫罐，用于火箭動力太空運載火箭上儲存低溫液體推進劑。無襯里碳纖維/環氧樹脂低溫罐是通過長絲纏繞和工業爐固化制造。

市場驅動力和增長

據了解，驅動儲罐市場增長的力量，絕大部分來自于通過從化石燃料轉向可再生、低排放燃料（例如CNG、RNG和H2）來減少氣候變化影響、目標到2050年實現碳零排放的全球承諾。據國際能源署宣稱：

"根據最新報告《2050年零排放：全球能源部門路線圖》所述，迄今為止各國政府所做出的氣候承諾，即使完全實現，也遠遠達不到在2050年之前將全球與能源相關的二氧化碳（CO2）排放量降至零，同時還會將全球溫度上升限制在1.5℃左右。"

美國政府已公布趨于淘汰的內燃機（ICE）乘用車最新銷量目標。圖片來源：國際清潔運輸委員會（ICCT），2020年11月報告 

美國印第安納州的康明斯，每年生產1.3億臺內燃機（ICE）、且多用于公共汽車、中型和重型卡車。目前已投資開發燃料電池Class 8卡車和氫氣燃燒發動機。2021年6月，康明斯表示，這種產品將在若干年后接近柴油發動機的總擁有成本（TCO），未來的重型運輸將由氫氣、燃料電池或電池電力驅動，而不是柴油。

根據2021年Grandview Research的一份報告表明，2020年全球天然氣汽車（NGV）的銷量高于其之前的預測：2980萬輛，而其預測的是2440萬輛。它還預測2021年的銷量約為3100萬輛，到2028年增長到3890萬輛，年復合增長率為3.3%。DataIntelo聲稱I型儲罐約占CNG儲氣罐市場的55%，II型、III型和IV型儲罐市場份額分別約為25%、15%和5%。

AJR咨詢公司和CarbConsult預測，復合材料壓力容器對碳纖維的需求將從2021年的13,100噸（MT）增長到2026年的20,230噸。預計2021年碳纖維總需求量為106,700噸，預計到2026年將達到169,000噸。Roberts和Pichler估計，壓力容器中的大部分碳纖維將進入移動管道應用（到2026年為6900噸）以及公共汽車和卡車（到2026年為6400噸）。

另外，行業顧問，根據全球新氫能汽車的公告，以及每700巴/5.6公斤氫氣罐在60%的纖維含量下62-72公斤的碳纖維需求預測，到2030年僅儲氫罐的碳纖維需求量將就達到166,650噸。這還是保守估計，因為預計只有1%的重型卡車、不到10%的公共汽車和不到1%的汽車會使用氫氣。

壓力容器用復合材料

用于儲存氫氣的IV型復合材料壓力容器是通過在塑料襯墊上長絲纏繞碳纖維和環氧樹脂制成。高度自動化的交鑰匙罐體生產線由復合材料設備供應商設計和生產，包括AutonationalComposites B.V. (荷蘭IJlst)、Engineering Technology Corp. (美國猶他州鹽湖城)、McClean Anderson (美國威斯康星州斯科菲爾德)、MIKROSAM (馬其頓Prilep)和Roth Composite Machinery(德國史迪芬貝格)，后者聲稱其新的Rothawin技術將氫氣罐的生產速度提高了5-10倍。MIKROSAM公司聲稱其客戶JSC DPO Plastik公司（俄羅斯捷爾任斯克）已啟用世界上最大的CNG和H2儲罐生產線，每年可纏繞6萬個儲罐。

Cevotec公司（德國慕尼黑）報告說，通過在壓力容器的圓頂區域使用其纖維貼片放置（FPP）系統，可以節省20%的材料和周期時間。Cevotec公司的首席執行官解釋說，儲罐中高達700巴的工作壓力可轉化為約10公斤的碳纖維用于1公斤氫存儲，這是一個非常高的比率。然而，FPP將碳纖維應用于精確的補丁中，旨在覆蓋纖維纏繞過程中有時會出現問題的區域。據稱，一個FPP系統能夠從多臺繞線機中加固容器。

盡管大多數用于壓縮氣體儲存的IV型壓力容器使用碳纖維作為結構增強材料，并在外層使用玻璃纖維以抵抗損壞，但Umoe AdvancedComposites（UAC，挪威克里斯蒂安桑）僅使用玻璃纖維作為其IV型儲罐。UAC的目標不是車輛，而是天然氣運輸市場，它提供200至350巴的模塊，并將在2022年擴大到450和500巴的儲罐。正如UAC首席執行官?yvind Hamre在CW的氫技術日活動中所解釋的那樣，玻璃纖維增強聚合物（GFRP）儲罐的資本支出（CAPEX）與鋼制儲罐相同，但重量減少70%。同時，GFRP與CFRP氣瓶相比，資本支出減少了50%，但重量更高。

左圖為IV型玻璃纖維儲罐。IV型玻璃纖維復合材料儲罐與碳纖維復合材料相比成本更低，但與鋼相比重量更輕（右圖中的橙色方塊）

H2在多個市場上加速發展

分銷也是Hexagon Purus（挪威阿勒松）、NPROXX（荷蘭海爾倫）的主要市場，后者現在是與Cummins和Cimmaron Composites（美國阿拉巴馬州亨茨維爾）的50/50合資企業，現已被Hanwha Solutions（韓國首爾）收購，并于2021年宣布在阿拉巴馬州奧佩利卡投資1.3億美元新建生產設施。

儲氫罐的使用不僅在配送應用中增加，而且在汽車、卡車、鐵路和海運中也在增加。儲氣罐制造商NPROXX的董事總經理兼銷售主管Michael Himmen說："歐洲生產的部分卡車將以氫氣為動力。歐洲有立法規定，卡車OEM（原始設備制造商）必須在2030年前實現其生產的車隊的二氧化碳排放量比2019年的水平平均減少30%。"Himmen表示，多達5%的歐洲卡車可能會轉用H2，這可能總計15000-20000輛卡車/年。他認為這將從2026-27年開始，年產量約為2000輛卡車，并穩步增長。如果每輛車有5到7個IV型儲罐，重型卡車在十年內可能每年需要100,000個儲罐，需要6000噸碳纖維。

在鐵路方面，Alstom阿爾斯通（法國巴黎）的H2動力Coradia iLint列車已在德國投入使用；今年下薩克森州有14臺列車開始運營，到2022年將有27臺列車在萊茵-美茵地區投入使用。iLint也正在奧地利和荷蘭進行測試。它的兩輛車使用24個IV型油罐，安裝在每輛車頂部的屋頂隔間中，其中還包含燃料電池。Hexagon Composites海克斯康復合材料公司在其直徑為416毫米、長3128毫米的重型儲罐的基礎上，為原型列車提供了H2儲罐，這些儲罐在350巴時可容納300升/9公斤的氫氣。iLint現在正使用NPROXX公司提供的350巴、500毫米直徑、2200毫米長的儲罐。

阿爾斯通已售出41輛Coradia iLint H2列車，并正在測試其他列車；法國鐵路公司SNCF已訂購12輛阿爾斯通Coradia Polyvalent雙模式高架動力和H2區域列車；阿爾斯通正與英國Eversholt鐵路公司合作，將電動列車轉換為H2 Breeze列車；西門子正在開發Mireo Plus H列車，將于2023-24年進行測試

其他氫氣動力列車開發項目包括西門子（德國慕尼黑）的兩節車和三節Mireo Plus H列車，將于2023-2024年在德國的幾條區域線路上進行測試。同時，Hexagon Purus公司正在為Talgo公司（西班牙馬德里）的Vittal-One列車提供IV型H2儲罐，該列車預計將于2023年開始測試。Hexagon Purus還將向Stadler Rail（瑞士Bussnang）的第一輛FLIRT列車提供罐體，該列車將在瑞士建造和測試，然后轉移到加利福尼亞州的圣伯納迪諾，于2024年投入使用。

在海運方面，Hexagon Purus海克斯康普瑞斯公司于2021年6月宣布將成立一個新的子公司——Hexagon PurusMaritime海克斯康普瑞斯海運公司。"我們現在看到，海上對氫氣的需求正在迅速增加，"HexagonPurus的銷售和市場總監J?rn Helge Dahl解釋說，"我們認為，由于環境惡劣的影響，比如海水腐蝕，復合材料是海上應用的理想儲存解決方案"。Dahl認為，在國際海事組織（IMO，英國倫敦）制定的目標推動下，隨著2030年的到來，海運業將看到越來越多的項目投入使用。其中包括，與2008年基線相比，所有新建船舶和現有船舶的二氧化碳排放量必須在2030年和2050年分別減少40%和70%。

在航空航天領域，由于法國政府將Airbus空客的COVID-19救濟與到2035年將氫動力商用飛機推向市場的需求相結合，引發了對氫的興趣在2020年突然飆升。到2020年夏天，Airbus空客公司啟動其ZEROe計劃，包括三個飛機型號，其中后三分之一將被保留用于液態氫存儲，這需要低溫控制。

另一種針對區域性渦輪螺旋槳飛機的選擇是Universal Hydrogen環球氫能公司（美國加州洛杉磯）開發的雙罐模塊，它使用了CFRP框架。環球氫能公司首席技術官J.P. Clarke解釋說："我們將根據需要向現場提供模塊，因此不需要儲氫基礎設施。這些模塊只需像電池或廚房用品一樣簡單裝載到飛機上"。該公司在2021年宣布，已與三家地區航空公司簽署了意向書，用氫動力推進系統改造現有渦輪螺旋槳飛機。

ZeroAvia（美國加州霍利斯特）于2021年4月宣布，它正在為50座支線飛機開發一種兩兆瓦（MW）的氫電動力系統。據報道，該公司2021年的2430萬美元融資將幫助ZeroAvia公司最早在2024年實現商業化，并在2026年開始為商用支線飛機提供服務。

H2存儲挑戰

IV型儲罐也面臨著嚴重的問題。最值得注意的是，碳纖維的成本使這些儲罐非常昂貴。另一個關鍵問題是存儲密度。盡管壓縮的H2氣提供的能量是每質量汽油的三倍，但其每體積能量相當低，需要大氣瓶來容納儲存足夠燃料所需的高壓。氫氣作為低溫液體在-253°C下儲存時，其實際密度更高，而在-230°C和300巴的低溫壓縮（CCH2）罐中儲存時，密度達到最高——據說與700巴的IV型罐相比，H2多存儲出50%。低溫儲罐通常為金屬，使用大量復合材料的產品尚未被證明具有與IV型壓縮氣體罐相同的性能和疲勞壽命，后者擁有超過25年的性能數據支持。

另一個問題是，可能無法及時提供所需的大量碳纖維來滿足燃料電池汽車（FCV）和基礎設施所需的數百萬個儲罐。"獲得足夠的碳纖維是我們的主要關切點之一，"NPROXX的Himmen說。他的公司的業務從2020年到2021年翻了一番，明年還將如此。"而且我們不是唯一的一家；我認為Hexagon海克斯康也在以同樣的速度增長。我們需要具有一定質量和性能的特定價格范圍內的碳纖維。"大多數IV型儲罐分析使用Toray T700纖維[抗拉強度4900Mpa，模量230Mpa]或等效材料。"強度較低的纖維需要更多的纏繞，罐體變得更厚，這是不可接受的。如果你現在不知道明年的纖維來自哪里，你實際上可能不得不停止生產"。

Ⅳ型儲罐增長的另一個挑戰是碳纖維和CFRP儲罐成本。新的儲罐制造商和法國汽車一級供應商Plastic Omnium (Lavallois)和Faurecia (Nanterre)已設定目標，到2030年將Ⅳ型儲罐成本降低30-75%，同時將儲存效率提高到7%以上。正如在5月舉行的CW技術日氫氣活動中所介紹的那樣，正在開發新的技術來幫助這些工作，從Cevotec（德國Unterhaching）的FPP技術用于減少罐頂的CFRP時間和成本，到Cygnet Texkimp（英國Northwich）的3D纏繞來減少纖維損傷，到復合材料傳感器集成專家Com&Sens（比利時Eke）提議進行現場儲罐監測。