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以氢为动力的乘用车和商用车依靠碳纤维压力容器来储存氢气。图片是佛吉亚为一辆现代卡车制造的氢燃料箱。
图片来源:佛吉亚
高压储气罐是先进复合材料，尤其是缠绕碳纤维复合材料的最大，增长最快的市场之一。尽管它们用于自给式呼吸器并为航空航天器提供氧气和气体存储，但是复合增强压力容器的主要最终市场是压缩天然气（CNG）产品的大宗运输（也称为移动管道），以及动力总成依赖于CNG的乘用车，公共汽车和卡车的燃料存储，以及汽油和柴油的氢替代品。
压力容器分为以下五种类型之一：
类型I：全金属结构，通常为钢。
类型II：主要是金属，在环向上有一些纤维包裹，主要是钢或铝以及玻璃纤维复合材料；金属容器和复合材料分担的结构载荷大致相等。
类型III：具有完全复合材料外包装的金属衬里，通常为铝，具有碳纤维复合材料；复合材料承受结构载荷。
类型IV：全复合结构的聚合物（通常是高密度聚乙烯或HDPE）衬里，碳纤维或碳/玻璃纤维混合复合材料；复合材料承担所有结构载荷。
类型V：无底衬，全复合结构。
在这四种船型中，到目前为止，类型1的市场份额最大，超过90％。II型船约占4％的市场份额，其次是III型和IV型，而V型（新名称）则排在第五位。Market Watch在其全球复合压力容器市场报告中表示，到2026年，市场规模预计将从2020年的14.5亿美元增至19.6亿美元，在2021-2026年期间的复合年增长率为5.2％。
对替代燃料的需求在增长，部分原因是从页岩储量中提取天然气导致北美和欧洲部分地区的价格下降。此外，由于其对全球变暖的贡献，立法者，购车者和一些汽车制造商正在寻求摆脱汽油作为燃料。也就是说，大流行和全球石油过剩导致2020年汽油价格下跌，从而在一定程度上抵消了天然气的价值主张。
例如，在美国，每加仑汽油当量（GGE），天然气燃料的成本目前比柴油低约13％，比汽油低3％。然而，在欧洲，日益严格的排放法规（包括于2016年生效的欧盟6排放标准）使柴油动力公交车和商用车对运营商而言变得更加昂贵。即将颁布的法规不仅提高了CNG的可销售性，而且经过一段时间的相对休眠后，氢也提高了燃料电池动力车辆的可销售性。
美国平均燃油零售价格，汽油加仑当量(GGE)
图片来源:美国能源部，替代燃料数据中心
根据Grandview Research的报告，由于亚洲和欧洲的强劲需求，2020年全球天然气汽车（NGV）的销量将约为2440万辆。到2027年，这一数字预计将增加到3740万台。2020-2027年的复合年增长率预计为3.5％。
在 CW的2019年碳纤维会议上，AJR咨询公司的原则托尼·罗伯茨（Tony Roberts）预测，复合压力容器对碳纤维的需求将从2020年的14,950公吨（MT）增长到2025年的19,500 MT。，到2020年将用于移动管道应用程序（5,200吨）以及公共汽车和卡车（4,875吨）。罗伯茨估计，在大流行前，到2020年，碳纤维总需求约为123,300吨。
氢的崛起
尽管天然气存储和运输一直是复合压力容器供应链的历史重点，但到2020年，车辆和飞机的储氢压力容器受到了更多关注。
例如，2020年4月，Infinite Composites Technologies （美国俄克拉荷马州塔尔萨市的ICT）开发了球形V型冷冻罐，用于在火箭动力太空运载火箭上储存低温液体推进剂。无底衬碳纤维/环氧冰球通过细丝缠绕和工业烘箱固化制造。
用于储存氢的IV型复合压力容器是通过在塑料衬套上缠绕碳纤维和环氧树脂制成的。高度自动化的交钥匙储罐生产线是由复合材料设备供应商设计和生产的，这些复合材料设备供应商包括 Engineering Technology Corp. （美国犹他州盐湖城）， McClean Anderson （美国威斯康星州Schofield）， MIKROSAM （马其顿Prilep）和 Roth Composite Machinery （德国史蒂芬贝格），后者声称通过其新的Rothawin技术将制氢罐的生产速度提高了5-10倍。Cevotec （德国慕尼黑）声称，通过在穹顶区域使用其光纤跳线放置（FPP）系统，可以节省20％的材料和周期时间。Cevotec的首席执行官解释说，储罐中高达700 bar的工作压力可转化为每1公斤氢气存储约10公斤碳纤维，这是一个非常高的比率。但是，FPP将碳纤维应用于精确的补丁中，旨在精确覆盖导致细丝缠绕问题的区域。据说一种FPP系统可以加固多台绕线机的容器。
此外， Hexagon Composites （挪威奥勒松 ）的子公司Hexagon Purus GmbH（德国卡塞尔） 在7月报告说，它已获得设计，开发，鉴定和生产高性能IV型复合压力容器的合同。向新的主要航空航天客户提供运载火箭。
丰田Mirai的氢气压力容器剖切图
照片来源：CW
用于储氢的复合压力容器在汽车行业中对于燃料电池电动汽车（FCEV）来说很重要，该燃料电池在电解反应中将氢和氧结合起来产生能量。该过程的副产品是水，因此FCEV零排放。FCEV技术已应用于乘用车和商用车，其无排放运行使其成为希望减轻气候变化的政府的重要目标。Global Market Insights在2020年9月发布了一份报告，估计全球FCEV市场在2019年的价值超过10亿美元，到2026年将达到140亿美元。在此期间的复合年增长率将达到38％。德勤对FCEV技术也有很好的总结和分析。
与任何使用非汽油燃料驱动的车辆一样，这一挑战也是基础设施之一。在美国，相对于陆地面积，只有少数几个加氢站 （大多数在加利福尼亚州），在欧洲，日本和韩国则稍多一些。尽管有加油站，但FCEV的市场上的任何人都可以选择三种：丰田Mirai，现代Nexo 和 Honda Clarity。它们的航程分别为400英里，380英里和360英里，费用约为68,000美元（其中包括15,000美元的燃油抵免额）。
Universal Hydrogen用于飞机储氢的压力容器模块
照片来源：Universal Hydrogen公司
在航空航天领域，由法国政府引发的对氢的兴趣在2020年突然激增，法国政府将其对空客的COVID-19救济与飞机制造商开发并在2035年将其推向市场的需求联系在一起。大流行之前，空中客车公司一直在评估氢作为燃料来源，但目标是在2050年投入使用。无论如何，空中客车公司在2020年夏季启动了其ZEROe项目，旨在加速燃烧氢作为飞机燃料的开发。
复合材料在大型商用飞机的储氢中将扮演什么角色还有待观察。空客ZEROe的概念设想飞机的后三分之一将保留用于液态氢的存储，这需要低温温度控制。通用氢气公司（美国加利福尼亚州洛杉矶）是一家致力于开发飞机氢气输送和储存的公司。通用氢公司的目标是由空中客车SE（荷兰莱顿）和联合技术公司（美国康涅狄格州法明顿）的前首席技术官Paul Eremenko于2020年共同创立，其目标是通过提供氢来帮助向氢动力航空过渡为基础设施加油。一个关键组成部分是其燃料模块包含双H 2 碳纤维增强聚合物（CFRP）框架中的储罐。Universal Hydrogen首席技术官JP Clarke解释说：“我们将根据需要在现场提供模块，因此不需要储氢基础设施。” “这些模块就像电池或厨房用品一样简单地装载到飞机上。”
