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為什么每個(gè)人都在談?wù)摎?
如果氫燃料是未來，那么它已經(jīng)存在了很長(zhǎng)一段時(shí)間。1874年，科幻小說作家儒勒·凡爾納提出了一個(gè)有先見之明的觀點(diǎn)，認(rèn)為氫是一種取之不盡用之不竭的能源，從此激勵(lì)了各國政府和企業(yè)家。
在20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)期間，氫再次作為汽車的潛在替代燃料而浮出水面。2003年，喬治·布什在對(duì)氣候變化的第一波真正關(guān)注中宣布了氫燃料汽車。
如今，在凡爾納的著名小說《神秘島》問世147年后，在氣候挑戰(zhàn)從未如此緊迫的時(shí)代，氫再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
大局及其重要性
2019年6月，英國成為第一個(gè)設(shè)定具有法律約束力的目標(biāo)的主要經(jīng)濟(jì)體，到2050年將其溫室氣體排放減至零。這將比1990年的水平下降約100%。
2021年3月，政府宣布我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一半。這一里程碑是在2020年溫室氣體排放量創(chuàng)紀(jì)錄地下降11%之后達(dá)到的，主要是由于新冠肺炎大流行期間經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的暫時(shí)減少。然而，這可能只是暫時(shí)的“短暫現(xiàn)象”，隨著經(jīng)濟(jì)處于反彈過程，預(yù)計(jì)這一水平將再次上升。那么，我們?nèi)绾未_保自己走在正確的道路上呢?
英國最大的溫室氣體排放來源是交通運(yùn)輸，約占27%。令人擔(dān)憂的是，到目前為止，交通運(yùn)輸在減排方面也是表現(xiàn)最差的——與1990年的水平相比，僅減少了2%。盡管需要取得重大進(jìn)展，但電動(dòng)汽車幾乎占據(jù)了主導(dǎo)地位，這對(duì)替代能源造成了損害，比如氫燃料，它可以發(fā)揮強(qiáng)大的作用。為了改變這種狀況，英國政府最近宣布了1.71億英鎊的資金，用于九個(gè)項(xiàng)目的減排和開發(fā)全鏈氫項(xiàng)目，同時(shí)概述了一項(xiàng)計(jì)劃，將引入工業(yè)污染碳定價(jià)作為其氣候變化戰(zhàn)略的一部分。
簡(jiǎn)單來說就是氫
氫是元素周期表中已知最輕的元素。它也是宇宙中最豐富的物質(zhì)，幾乎占所有物質(zhì)的90%。氫的用途非常廣泛，可以用來制造非常復(fù)雜的碳?xì)浠衔锓肿樱热缣烊粴夂褪偷?。氫的最大來源之一是水，水可以通過電分解成氫和氧，這個(gè)過程被稱為電解水。為了產(chǎn)生電力，氫和氧通過質(zhì)子交換通過電化學(xué)電池，類似于電池。這一過程產(chǎn)生電流，少量熱量，并在過程中排出水，使其成為一種非常清潔的能源，零碳排放。
氫和乘用車
盡管電動(dòng)汽車(ev)尚未完全成為主流，但制造商仍在根據(jù)政府規(guī)定不斷開發(fā)新車型，穩(wěn)步增加消費(fèi)者需求，并加大對(duì)配套基礎(chǔ)設(shè)施的投資。2020年，純電動(dòng)汽車(bev)和插電式混合動(dòng)力汽車(phev)的銷量占全球汽車市場(chǎng)的4.2%，而2019年僅為2.5%。
氫燃料要想迎頭趕上，就需要巨大的政策支持，因?yàn)槁飞蠜]有足夠的車輛，沒有必要進(jìn)行大規(guī)模的燃料站建設(shè)計(jì)劃。到目前為止，只有三款燃料電池汽車(FCEV)的乘用車存在于特定市場(chǎng):豐田Mirai，現(xiàn)代Nexo和本田Clarity。由于缺乏投資和開發(fā)，與替代能源相比，汽車成本仍然很高，使得氫燃料對(duì)消費(fèi)者的吸引力降低。顯然，純電動(dòng)乘用車將是中短期的贏家。
那么，真正的問題是如何使市場(chǎng)上的大型汽車脫碳。我們有充分的理由認(rèn)為，這些產(chǎn)品不太可能像小型產(chǎn)品那樣利用相同的電池技術(shù)，主要原因是電池的重量和體積都很大。然而，氫的使用在道路交通中發(fā)展迅速，特別是公共汽車和大型商用車輛。
我們來談?wù)劰财?/span>
盡管取得了令人印象深刻的進(jìn)步，公交車電池技術(shù)仍然不是最佳的，特別是由于較差的續(xù)航距離和在寒冷天氣下更快的電池放電。為了避免把所有的清潔能源雞蛋放在一個(gè)籃子里，英國一直在評(píng)估氫燃料電池作為替代能源。隨著一項(xiàng)新的國家戰(zhàn)略“巴士恢復(fù)得更好”，英國政府承諾停止銷售新的柴油巴士，并增加英國制造的零排放車型的銷量。作為這一舉措的一部分，Wrightbus計(jì)劃向英國引進(jìn)3000輛氫燃料巴士，首批50輛很快將部署在幾個(gè)城市。
氫動(dòng)力巴士的前期成本最初遠(yuǎn)高于柴油或電動(dòng)巴士，每輛都接近100萬英鎊。由于技術(shù)進(jìn)步，價(jià)格已經(jīng)顯著下降，因?yàn)樵缙诓渴鹋c電力替代。由于氫燃料巴士能夠比同等的電池巴士?jī)?chǔ)存更多的能量，它們能夠服務(wù)更長(zhǎng)的路線，并且可以在幾分鐘內(nèi)補(bǔ)充燃料。與電池充電不同，電解對(duì)能源網(wǎng)絡(luò)的全天需求相對(duì)穩(wěn)定，需要對(duì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大量投資，以容納越來越多的公交車。到目前為止，這只可能在選定的站點(diǎn)。例如，阿伯丁的國王街車廠必須承擔(dān)一些重要的工作，從每個(gè)停車位的電氣點(diǎn)到預(yù)熱車輛，到屋頂傳感器繪制大氣中的氫水平，以及對(duì)車間的改造。要使這項(xiàng)技術(shù)在全國范圍內(nèi)可行，需要大量投資。
氫和卡車
根據(jù)運(yùn)輸與環(huán)境協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，雖然卡車只占?xì)W盟車輛總量的2%，但卻占了道路運(yùn)輸碳排放的22%。歐洲卡車制造商同意共同努力，為氫燃料卡車的大眾市場(chǎng)推出創(chuàng)造合適的條件。依維科(Iveco)、戴姆勒(Daimler)和沃爾沃(Volvo)與能源公司殼牌(Shell)和OMV聯(lián)手組建了H2Accelerate，旨在幫助氫燃料卡車在非洲大陸取得突破。
與此同時(shí)，在瑞士，現(xiàn)代已經(jīng)開始交付他們的XCIENT燃料電池汽車(fcev)，計(jì)劃到2025年推出1600輛卡車。這些卡車由190千瓦的氫燃料電池驅(qū)動(dòng)，一次充電可行駛400公里。英國應(yīng)該匹配這種雄心，發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施，支持大規(guī)模部署這項(xiàng)技術(shù)。
為了解決目前的“雞和蛋”問題，鼓勵(lì)氫供應(yīng)和新型氫氣汽車的開發(fā)，可以通過在具有低成本、低碳?xì)錆撛趤碓吹墓I(yè)區(qū)(如阿伯丁或蒂斯谷)創(chuàng)建“氫運(yùn)輸集群”，這些地區(qū)對(duì)交通運(yùn)輸也有很大的需求，這些交通工具很大程度上依賴于這些地區(qū)。殼牌和ITM電力公司正在為英國的氫燃料卡車、公共汽車、火車和輪船開發(fā)一個(gè)燃料補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)，但還有很長(zhǎng)的路要走。由于沒有完善的分銷基礎(chǔ)設(shè)施，氫可能至少需要5到10年才能大規(guī)模用于重型貨車
作為向正確方向邁出的一步，英國政府最近為三個(gè)項(xiàng)目提供了5400萬英鎊的資金，用于開發(fā)用于商用車輛和公共汽車的氫動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)，而3200萬英鎊將直接用于開發(fā)用于重型貨車的電力推進(jìn)系統(tǒng)。
人們經(jīng)常認(rèn)為，純電動(dòng)汽車將用于較短的行駛距離，而生物燃料將用于較長(zhǎng)的行駛距離，因此氫燃料沒有中間地帶。氫燃料和電池之間的決定因素主要是操作方面的考慮，如航程、有效載荷、加油時(shí)間和可用的基礎(chǔ)設(shè)施。用電池給卡車供電不像給汽車供電那么簡(jiǎn)單，因?yàn)樵黾拥闹亓肯喈?dāng)于每輛卡車損失約4噸的載貨能力，或約10%。這些大型商用車輛根本負(fù)擔(dān)不起犧牲有效載荷來容納電池的重量。
障礙和挑戰(zhàn)
英國大約有15個(gè)加氫站，基礎(chǔ)設(shè)施遠(yuǎn)不如純電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)。因此，燃料電池汽車的普及落后于純電動(dòng)汽車，主要的原始設(shè)備制造商紛紛退出氫燃料汽車的競(jìng)爭(zhēng)，斯堪尼亞是最新的一個(gè)。與此同時(shí)，包括豐田和現(xiàn)代在內(nèi)的幾家關(guān)鍵制造商仍致力于FCEV的開發(fā)，而政府支持一個(gè)新的氫平臺(tái)開發(fā)計(jì)劃，作為捷豹路虎正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)型計(jì)劃的一部分。在氫有機(jī)會(huì)成為主流之前，還需要進(jìn)行大量的工作，從大規(guī)模生產(chǎn)到基礎(chǔ)設(shè)施燃料的投資。
阻礙氫燃料電池廣泛采用的一個(gè)主要方面是主要的制氫過程。大約85%的氫是由甲烷產(chǎn)生的，因此污染非常嚴(yán)重。電解水，雖然有希望和清潔，但還不夠有效，也沒有達(dá)到工業(yè)規(guī)模。從氧氣中分離氫的過程消耗的能量大約是汽車內(nèi)部燃料電池產(chǎn)生的能量的三倍，在能源效率方面落后于純電動(dòng)汽車。
在這一點(diǎn)上，討論往往轉(zhuǎn)向成本，因?yàn)闅錃馊匀槐绕突蚣冸妱?dòng)汽車等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更貴，部分原因是所涉及的復(fù)雜技術(shù)。幸運(yùn)的是，這種情況正在迅速改變。由于制造業(yè)的進(jìn)步，安裝成本持續(xù)下降，可再生能源發(fā)電正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。隨著電解過程的成本越來越低，氫的成本也越來越低。此外，一個(gè)不斷增長(zhǎng)的行業(yè)將從規(guī)模經(jīng)濟(jì)(包括自動(dòng)化和數(shù)字化)中受益，汽油和純電動(dòng)汽車已經(jīng)經(jīng)歷了這一過程，而科學(xué)家們也在孜孜不倦地改進(jìn)氫生產(chǎn)過程，近年來取得了令人矚目的進(jìn)展。最后，碳排放的成本預(yù)計(jì)將大幅增加，這是使氫氣更便宜的方程式的一部分。隨著我們繼續(xù)發(fā)展該行業(yè)并向前沿推進(jìn)，我們可以預(yù)期它將與替代燃料資源競(jìng)爭(zhēng)。
凡爾納會(huì)怎么說呢?
在儒勒·凡爾納(Jules Verne)首次設(shè)想氫氣驅(qū)動(dòng)的世界近150年后，人們?nèi)匀徊磺宄@個(gè)想法究竟有多有先見之明。私營企業(yè)和政府對(duì)純電動(dòng)汽車技術(shù)的大量投資，使得一些觀察人士宣布，對(duì)這種卓越的環(huán)保能源的競(jìng)爭(zhēng)即將結(jié)束。雖然這篇文章指出了以氫為燃料的公共汽車和卡車的有趣發(fā)展，但提到輪船和飛機(jī)也很重要，因?yàn)闅涞膬?yōu)勢(shì)可能一直證明凡爾納是正確的。
