目前全球80%的能源需求是由化石燃料滿(mǎn)足的，如汽油、柴油、航空燃料、煤油和船用燃料油，這些燃料會(huì )向大氣中排放大量的二氧化碳和其他有害污染物。
電氣化和零排放電力的建設將在脫碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但一些重要行業(yè)難以電氣化。長(cháng)途重型卡車(chē)就是其中之一。
在美國，長(cháng)途重型卡車(chē)占美國道路柴油燃料消耗的近一半，占美國交通運輸溫室氣體總排放的約13%。不幸的是，這種類(lèi)型的卡車(chē)——就像海運和航空一樣——是一種終極應用，車(chē)輛重量和能源需求使得僅靠車(chē)載電池很難脫碳。
零碳燃料，如低排放氫氣，在燃燒或用于燃料電池時(shí)不含碳，也不產(chǎn)生二氧化碳排放，可以在難以通電的系統脫碳中發(fā)揮重要作用，前提是氫氣的生產(chǎn)方式是清潔的。
例如，通過(guò)改造天然氣來(lái)制氫的生產(chǎn)設施需要配備碳捕獲系統，這些設施使用的天然氣必須來(lái)自已經(jīng)采取了所有可用措施來(lái)減少甲烷排放的系統。
運營(yíng)氫經(jīng)濟的最終成本也將是決定其實(shí)用性的重要因素，目前正在努力預測與氫燃料電池驅動(dòng)卡車(chē)相關(guān)的全部成本，以及這些成本與電池和化石燃料驅動(dòng)系統的成本的比較。
根據與燃料生產(chǎn)和運輸等上游因素有關(guān)的假設，迄今為止的研究得出了截然不同的結果。然而，就長(cháng)途卡車(chē)運輸而言，一份全新的CATF報告比較了氫燃料和電池電動(dòng)卡車(chē)的運營(yíng)性能，并確定了氫燃料電池卡車(chē)和基礎設施的幾個(gè)優(yōu)勢，可以幫助該行業(yè)快速有效地脫碳。
1、氫燃料重型卡車(chē)停止次數更少，花更少的時(shí)間加油（氫）
整體背景下，報告模擬電池動(dòng)力(BEV)和氫燃料電池(FCEV)卡車(chē)和基礎設施作為替代柴油卡車(chē)在美國受歡迎的長(cháng)途路線(xiàn)。所有車(chē)輛以一個(gè)典型的重量(80000磅8級卡車(chē))類(lèi)型來(lái)評估。
相比之下，FCEV的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在整個(gè)旅程中，FCEV比BEV需要?？康恼军c(diǎn)更少。
由于其行駛距離較短，BEV卡車(chē)需要總共?？?次，在此期間電池的大部分(50-98%)需要充電。相比之下，FCEV需要三次停車(chē)，通常需要為四分之三的氫罐加氫，而柴油動(dòng)力傳動(dòng)系統只需要一次停車(chē)。
第二個(gè)，也是更關(guān)鍵的優(yōu)勢是，FCEV在整個(gè)旅程中需要花更少的時(shí)間加油(氫)。這種加油或停留時(shí)間對BEV來(lái)說(shuō)要長(cháng)得多，因為每次停車(chē)充電都需要幾個(gè)小時(shí)。計算每一站的充電狀態(tài)，并將其加在整個(gè)路線(xiàn)上，可顯示電動(dòng)卡車(chē)的充電時(shí)長(cháng)為43小時(shí)48分鐘。
這是貨物無(wú)法移動(dòng)的時(shí)間，這可能會(huì )對交貨時(shí)間和整個(gè)車(chē)隊的運營(yíng)產(chǎn)生負面影響。相比之下，FCEV的總加氫時(shí)間為1小時(shí)24分鐘，只比柴油動(dòng)力卡車(chē)長(cháng)約1小時(shí)。
2、FCEV卡車(chē)的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是它可以裝載更多的貨物
這是因為純電動(dòng)卡車(chē)所需的1000KWh電池可能會(huì )造成4000-2萬(wàn)磅(1.8-9噸)的貨物容量損失。貨運能力的損失對車(chē)隊運營(yíng)有明顯的影響，在某些情況下，可能需要使用額外的BEV卡車(chē)，而不是一輛FCEV來(lái)運送所有貨物。
需要明確的是，FCEV卡車(chē)也有電池，但它只有20KWh，用于有限的用途(例如，爬坡、突然加速、再生制動(dòng)回收)。20KW時(shí)的電池增加了一些重量，但與柴油卡車(chē)相比，只會(huì )導致數百磅的貨物容量損失。
不同的FCEV設計可能會(huì )選擇稍大一點(diǎn)的電池，可能高達100KWh，但由于氫是主要的能源來(lái)源，電池重量預計不會(huì )成為FCEV的主要問(wèn)題。
3、基礎設施建設更容易
該報告還通過(guò)模擬同一路線(xiàn)上24小時(shí)/一天的卡車(chē)交通，比較了每種卡車(chē)類(lèi)型在同一路線(xiàn)上充電/加油基礎設施的需求，在兩種情況下，BEV或FCEV占道路上卡車(chē)的100%。
總體而言，研究發(fā)現，為純電動(dòng)汽車(chē)建設充電基礎設施可能需要更多或更大的充電站來(lái)滿(mǎn)足需求，這主要是因為純電動(dòng)汽車(chē)需要更頻繁地重新充電，停留時(shí)間或充電時(shí)間也更長(cháng)。
氫燃料基礎設施的建設也將具有挑戰性，但具有相對優(yōu)勢，即與柴油燃料技術(shù)相比，氫燃料在規模和數量上更相似，而且在運營(yíng)操作上更熟悉，這可能會(huì )減少過(guò)渡障礙。
總之，在所需停車(chē)次數(3次 vs. 8次)、加油(氫)總時(shí)間(1.4小時(shí) vs. 43.8小時(shí))和可用貨物空間(考慮到動(dòng)力系統的重量)方面，FCEV的表現優(yōu)于BEV。
此外，雖然為BEV和FCEV建造充電和加油基礎設施可能同樣具有挑戰性，但由于FCEV車(chē)輛的續航里程和快速加油時(shí)間，FCEV加氫站的占地面積更小，數量也可能不需要那么多。
那么，這是否意味著(zhù)未來(lái)的長(cháng)途重型卡車(chē)車(chē)隊都是氫燃料卡車(chē)呢？
不一定。在做出這樣的改變之前，還有一些事情需要做。
1、我們需要資金用于研發(fā)，以確保氫燃料卡車(chē)與高排放柴油卡車(chē)同樣或更高效。我們還需要進(jìn)行更多的研究和開(kāi)發(fā)，以實(shí)現與柴油相同的加油時(shí)間，并降低動(dòng)力傳動(dòng)系統部件的重量，以最大限度地減少潛在的載貨能力限制。
2、我們需要更好地理解這種轉變將如何影響卡車(chē)司機和線(xiàn)路運營(yíng)商的底線(xiàn)。本報告沒(méi)有評估任何一種替代動(dòng)力傳動(dòng)系統的總擁有成本，分析可能會(huì )突出其他關(guān)鍵障礙，例如生產(chǎn)、運輸和分配氫氣的成本可能會(huì )對車(chē)隊運營(yíng)費用產(chǎn)生不利影響。
3、我們需要進(jìn)一步建設低排放氫經(jīng)濟，充分發(fā)揮零碳燃料的潛力，包括：
發(fā)展連接基礎設施，如專(zhuān)用氫管道，以預測不斷擴大的市場(chǎng)需求，避免供應瓶頸;
通過(guò)區域清潔氫樞紐計劃等措施，將氫作為零碳燃料的大規模生產(chǎn)商業(yè)化;
開(kāi)發(fā)氫供應鏈，最大限度地減少或消除生產(chǎn)中的排放。
純電動(dòng)卡車(chē)可能會(huì )在向零排放汽車(chē)的過(guò)渡中發(fā)揮重要作用，但考慮到未來(lái)脫碳運輸行業(yè)技術(shù)構成的不確定性，同時(shí)利用純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)和氫燃料電池汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)是快速高效地實(shí)現長(cháng)途重型卡車(chē)脫碳的重要策略。
以上內容來(lái)自研報《Zero Emission Long-Haul Heavy-Duty Trucking》
