左上角，順時針：Hexagon Purus Westminster、Hexagon Digital Wave、IV 型纖維繞組槽和Hexagon Purus配電模塊。

Hexagon Purus（挪威奧斯陸）于2023年1月26日在美國馬里蘭州威斯敏斯特開業。在我關于那次事件的報告中，我解釋了Hexagon在IV型復合材料儲罐中的悠久歷史，以及馬里蘭州這一地點的一些背景。

我還與Hexagon Purus首席執行官Morten Holum和執行副總裁Michael Kleschinski博士分享了我的一些討論。在這里，我想提供更多關于威斯敏斯特團隊及其目前正在擴大的儲罐生產的細節，以及我對Holum和Kleschinski的采訪中的進一步見解。

 

Hexagon Purus Westminster工廠和運營負責人Levi Haines站在一個為燃料電池公交車生產的儲氫罐旁邊。注意背景中的氫燃料汽車。

資深團隊，威斯敏斯特之旅

Hexagon Purus Westminster的董事總經理Jim Harris在設施開放期間指出，通往這一天的過程已經醞釀了11年。然而，哈里斯在復合材料氣缸方面的經驗要追溯到25年前，他先是在Pressure Technologies股份有限公司工作，該公司后來于1998年被科巴姆任務系統公司收購，之后他轉到MasterWorks擔任總經理。但這種經歷并不是哈里斯獨有的；威斯敏斯特團隊的多名成員在設計和制造技術要求高的復合材料壓力容器方面擁有數十年的專業知識。

用于制造碳纖維的生物基丙烯腈

Hexagon Purus Westminster的運營主管Levi Haines就是一個例子，他帶領我參觀了新設施。他在生產III型和 IV型壓力容器方面擁有超過25年的經驗，最初在pressure Technologies股份有限公司工作，該公司于1998年被Cobham Mission Systems收購，之后轉入MasterWorks，現為Hexagon Purus。

海恩斯在大樓的東端開始了我們的參觀，毗鄰工程和行政辦公室。他帶我們參觀了第一個生產工作站，該生產工作站最初是為燃料電池（FC- fuel cell）公交車和重型卡車生產350巴的IV型氫罐。儲罐從行業標準塑料內襯開始，將其放置在一臺帶有五個主軸的自動長絲纏繞機中，與德國凱塞爾的Hexagon自動化系統使用的數量相同（見下文）。碳纖維首先用環氧樹脂浸漬，然后纏繞在襯墊上。自動纏繞過程完成后，將儲罐從纏繞機中取出，并在專門設計的烘箱中進行固化。

固化后，儲罐在一個特殊的室內進行驗證測試。

驗證壓力取決于每種類型儲罐的額定壓力。海恩斯說：“這次測試證明了坦克的完整性。”“我們維護著一個數據庫，其中包含我們在多年生產中建立的所有測試數據。”然后安裝硬件，包括用于集成到車輛燃料系統的閥門和運輸行業標準要求的熱釋壓裝置（TPRD-thermal pressure relief device）。然后對儲罐進行泄漏測試。

 

氫氣罐測試

泄漏與氫氣滲透

此時，Hexagon Purus Westminster的業務發展總監Matthew Buchholz也加入了此次巡演。Buchholz在IV型儲罐的工程和生產方面擁有14年的經驗。我問他關于“所有氫罐都泄漏”的行業傳聞。他指出，由于氫分子的尺寸非常小，泄漏和滲透之間存在差異。

他解釋道：“我們對每個儲罐進行的泄漏測試可以確保沒有泄漏。”。“然而，當在700巴等高壓下儲存在IV型儲罐中時，非常小的氫分子最終會通過分子擴散穿過塑料內襯和復合材料層壓板。這一點已經得到了充分的研究和記錄，并在儲罐設計和測試這些儲罐的國際標準中得到了考慮。這種氫的滲透是可以測量的，但在微觀尺度上是可以測量到的。你必須將儲罐置于真空中，并且需要相當長的時間才能產生足夠的氣體分子來進行測量。但我們一直在關注這一點，并致力于開發可能增加儲罐內襯滲透阻力的產品。”

儲罐完工，H2車輛增長

然后，完成的儲罐可以運送到Hexagon Purus位于加拿大不列顛哥倫比亞省基洛納的系統組裝廠，其北美電池系統也在那里組裝。他補充道，Hexagon Purus正在與美國多家正在探索/開發H2動力汽車的公司合作，包括其公開宣布的客戶New Flyer（加拿大馬尼托巴州溫尼伯市）、豐田汽車北美公司（美國得克薩斯州普萊諾市TNMA）和 Nikola（美國亞利桑那州菲尼克斯市）。該公司也在探索新的高壓儲罐設計。在工廠的開幕式上，Kleschinski解釋說，該工廠不僅是一流的生產基地，也是卓越的技術中心，為Hexagon Purus提供工程和研發。

因此，保持H2儲罐技術的前沿是威斯敏斯特團隊和設施的關鍵和能力。

問答，尼古拉作為先行者

參觀結束后，我繼續與Holum和Kleschinski討論重型車輛，他們禮貌地抽出時間回答我的問題。“我認為尼古拉有正確的商業模式，”Holum 指出。“因為如果你想確保這些燃料電池電動卡車的使用，你就必須負責推出為它們加氫所需的基礎設施，并為這些加油站提供綠色氫氣。”

 

尼古拉FCEV-Fuel cell electric vehicles卡車氫罐的渲染圖

 

尼古拉HYLA加氫站

Hexagon Purus Westminster為尼古拉的Tre FCEV卡車提供氫罐（頂部）。該公司通過其HYLA品牌跨越了氫氣生態系統，包括用于生產、分銷和向其FCEV-Fuel cell electric vehicles卡車分配氫氣的產品。

正如2023年1月宣布的那樣，尼古拉創建了一個新的全球品牌HYLA，包括其生產、分銷和分配氫氣的產品，為其零排放卡車提供燃料。尼古拉首席執行官兼總裁 Michael Lohscheller 表示：“尼古拉是唯一一家成功將革命性的新產品、氫燃料電池卡車和整個氫能基礎設施供應鏈整合在一個屋檐下的公司。”Nikola Tre FCEV搭載五輛Hexagon Purus IV型儲罐，續航里程為500英里（>800 公里），可以在不到20分鐘的時間內加油。HYLA正在北美建立五個氫氣生產基地，并從加利福尼亞州開始，爭取到 2026 年建立60個加氫站。Tre FCEV在其位于亞利桑那州柯立芝的工廠的生產計劃于2023年下半年開始。

Hexagon Purus還將在歐洲支持Nikola，Nikola及其合作伙伴依維柯將從2024年開始從合資企業位于德國烏爾姆的生產設施向GP Joule供應100輛Tre FCEV卡車。

Kleschinski指出：“尼古拉采取的這種方法我們也看到了阿爾斯通采取的方法，阿爾斯通一直是鐵路氫燃料的先行者。” “我們在氫系統方面支持阿爾斯通。他們還認為，你需要引入整個生態系統，不僅包括加油，還包括維護操作。對于他們的第一列火車運營的公共交通市場來說尤其如此，因為你必須承諾每英里的成本。”

Holum說：“像 Nikola和Alstom這樣的公司很重要，因為他們正在證明氫動力交通是可行的。” “這令人印象深刻。例如，我們參觀了尼古拉，并乘坐了他們的一輛FC卡車。他們建造了一條新的測試跑道，能登上這輛裝載82000磅的汽車，并順利加速到每小時60英里，真是太棒了。當然，作為Hexagon Purus，我們知道這些汽車是現實。但尼古拉正在改變用戶的觀點卡車司機也可以看到這是真實的。”他指出，這些H2壓水卡車的總擁有成本（TCO- total cost of ownership）仍需證明。也就是說，TCO能夠滿足行業的需求。Holum補充道，“但氫的流動性已經不在‘地平線上’了——它已經存在并在增長。”

分銷市場，新的生產線

Hexagon Purus Westminster是否生產用于分配和加氫的儲氫罐？

Holum說：“它可以，但今天不行。”。“我們在歐洲有一個非常活躍的分銷模塊業務，但在美國，它才剛剛開始發展。然而，我們這里有足夠的空間來容納這些儲罐的生產。”Kleschinski補充道：“建筑設計和通道非常適合這一點，而且設備也很有能力。”Holum指出，如果需要，大樓也可以擴建。

當西敏寺增加更多的生產線時，它們會增加數字化和自動化嗎？

Kleschinski表示：“威斯敏斯特仍處于從低容量特種儲罐設施向我們在德國卡塞爾建立的設施過渡的早期階段，卡塞爾的儲罐產品范圍較窄，但容量要高得多。”

 

 

Hexagon Purus正在進入全球工業規模擴大的下一階段（上圖），包括其氫罐生產設施的數字化和自動化程度的提高（下圖）。

“我們有一種全球方法來開發我們生產線的后續原型，”他繼續說道，“專注于大規模生產效率。我們在Hexagon Composites公司擁有數十年的生產經驗，該

公司是世界上最大的IV型儲罐制造商。例如，通過我們的液化石油氣生產線，我們每10秒生產一個儲罐。因此，隨著高壓儲罐市場開始擴大，我們將應用這些知識和經驗。我們現在在歐洲有一條試驗線，正在用更高的數字化和集成系統來測試這條線。我們將首先在歐洲推出，同時在中國的工廠推出。然后，我們將在美國部署這個系統，比如“1.0系統”，并在全球范圍內進一步發展到“2.0”及更高版本。”

Kleschinski指出：“Hexagon Purus將利用這一進步，從其使用的碳纖維材料中獲得更多。”事實上，這些材料代表了IV型儲罐的最高成本投入。

 

Hexagon Purus預計到2030年，電池系統（綠色）和儲氫罐（青色）都將大幅增長。

Hexagon Purus 預計未來十年的增長將有多少來自美國，而不是歐洲和亞洲？

霍盧姆說：“我們之前認為中國會更高，美國會更低，而歐洲處于中間。”。“但現在我們看到美國的市場來得更快。例如，美國的《通脹削減法案》為氫生產和氫動力汽車提供了直接補貼。加州空氣資源委員會（CARB）在加州的規定也推動了公共汽車和重型卡車市場的發展。”

另一個市場驅動因素是俄羅斯入侵烏克蘭后，世界對能源獨立的新關注，尤其是在歐洲。Holum 說：“幾十年來，歐洲40%的電力來自廉價的俄羅斯天然氣。”

“現在，每個國家的重點都是建立能源獨立，不僅要從俄羅斯獨立，還要從可持續性和地球的未來獨立。”

他繼續說道：“這一增長也是因為全球對解決氣候危機的承諾越來越大。”。“幾年前，我對此更加悲觀。但現在我更加樂觀，相信我們會解決這個問題。不僅是新技術和初創公司的爆發，還有資本市場通過大規模投資以及政府宣布的投資和戰略來支持這一點。”

Hexagon Purus研發當務之急提供可回收性的熱塑性復合材料儲罐？

Kleschinski 說：“就成本而言，熱塑性基質材料還不適應。” Holum 說：“現在有其他回收和再利用的方法。” “例如，我們的復合材料儲罐的使用壽命比它們所使用的車輛高得多。因此，重新認證比追求如何切割或松開纖維更有希望。我們還有25-30年的時間才能開始這樣做。”

“現在更重要的是使儲罐制造過程更加可持續，”他繼續說道，“碳纖維作為主要的能源和排放成分，可以發揮重要作用。這就是我們需要強調的地方。碳纖維制造必須變得更加可持續。”

合格的儲罐？

Holum指出，汽車行業已經接受了不會有單一標準平臺的事實。“原始設備制造商正在開發電池和燃料電池平臺，”他說。“純電動汽車平臺已經成熟并具有規模，因此研究如何將6公斤氫氣帶入電池所在的扁平空間是有意義的。我們也在開發這種扁平存儲，與其說是從單個氣缸的方法，不如說是從一個整體系統。”注意，Hexagon Purus已經為重型卡車和其他移動設備提供扁平電池系統，而其用于公共汽車和卡車的IV型組件是扁平模塊。Holum表示：“對于乘用車，我們正在與寶馬和博世合作開發。” “寶馬正在開發一支FCEVFuel cell electric vehicles 汽車試點車隊，而博世也在為尼古拉提供燃料電池支持。”

每個存儲罐都有傳感器？

“是的，”克萊辛斯基說。“我們已經通過Hexagon的數字波業務投資了模態聲發射，”他補充道，并指出，盡管這是一種檢查或監測整個壓力容器的較慢技術，但“有一種方法可以沿著這些路線開發傳感器。”Holum說，這只是時間問題。“我們在這方面做了很多工作。結構健康維護和儲罐重新認證的好處是顯而易見的。”

 

IV型儲罐的纖維繞組。

關于碳纖維的問題。碳纖維供應充足嗎？

Holum表示：“Hexagon Composites與主要碳纖維供應商和三井物產有著數十年的歷史。”

“我們是Hexagon Purus的一部分。”Holum指的是日本東京三井株式會社（ Mitsui&Co. ， Ltd. ），該公司于 2016年與HexagonComposites結成戰略聯盟。兩家公司宣布，他們將把這一聯盟再延長五年：

Hexagon Composites首席執行官Jon Erik Engeset表示：“三井物產一直是Hexagon復合材料公司新市場和新細分市場戰略發展的堅定支持者。憑借其全面的工業背景和全球影響力，三井物產為 Hexagon 打開了通往世界各地和工業細分市場的大門，如碳纖維、天然氣和氫氣，在這些領域擁有豐富的專業知識。”三井物產功能材料事業部總經理Hiroshi Kakiuchi表示：“我們不僅支持了Hexagon Composites作為股東的增長，還通過利用Hexagon的競爭解決方案和產品以及我們的資產、活動和全球網絡之間的協同作用，支持了其業務增長。”

Holum說：“在過去的12個月里，我看到了碳纖維供應問題的轉變。”“我們看到，碳纖維制造商現在將氫市場視為一個有趣的機會，而在過去，他們并沒有把它當回事。日本人和中國人都看到了一個相當大的市場機會。我現在不像兩年前那樣擔心碳纖維供應。”

Kleschinski對此表示贊同，“現在有一種不同的情緒。他們是主要參與者，明白他們需要行動。當然，我們希望供應安全，但我不認為這是一個會限制我們的問題。然而，我可以看到，進入這個市場的新參與者可能確實在掙扎。”

Holum補充道：“我們也看到中國市場在積極發展。”“纖維的特性已經顯著提高，質量也在不斷提高。當然，我們正在那里測試產品，以支持我們在河北的新生產設施。Hexagon在這個市場上也有著長期的合作關系。”

碳纖維可持續性？

這不是我介紹的問題，而是Holum強調的問題。

“碳纖維制造確實存在一些關鍵問題，”他斷言。“最重要的是，碳纖維的生產必須更加可持續。我們都有ESGenvironmental, social, governance（環境、社會、治理）作為一家清潔能源解決方案公司，我們致力于盡可能實現可持續發展。在我們的產品中，碳纖維是能源和減排方面最具挑戰性的成分。作為碳纖維消費者，我們需要一種碳強度顯著降低、前體更可持續的產品。制造商還需要開發一種成本較低的制造方法。所有碳纖維制造商都將越來越感受到這種壓力，要求其更加可持續，因為這是全球的當務之急。”

值得注意的是，三井化學在2022年宣布了一個與微波化學合作的項目，該項目將在2023年12月前安裝一個環保碳纖維示范設施。

碳纖維特性偏差？

一些儲罐制造商注意到碳纖維特性存在偏差。如果減少這種情況，是否有可能提高價值或可持續性？

Kleschinski說：“如果你能降低纖維特性的偏差，那么你就可以在儲罐設計中利用這一點。”“目前，這些材料必須接受一定程度的特性降低，因為不能使用峰值拉伸強度，而只能使用一致的保證強度。此外，請注意，這是一種復合強度，而不是單獨測試的纖維強度。因此，將纖維的特性轉化為復合材料也是關鍵。”

Holum補充道：“我們確實與常規供應商就碳纖維的長期改進問題進行了討論。”

 

Hexagon Purus預計將按規模降低成本隨著規模的擴大，預計成本會減少

碳纖維的價格？

Holum說：“整個氫供應鏈的價格都將下降：氫燃料、氫存儲罐和車輛以及加氫。”。“隨著行業規模的擴大，包括碳纖維價格在內的所有產品的價格都會下降。大規模部署這項技術需要降低成本。這是我們在Hexagon Purus和我們業務的使命：擴大解決方案，加快向清潔能源的過渡。”

注：原文見，《Hexagon Purus Westminster: Experience, growth,new developments in hydrogen storage 》2023.3.14