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編譯/Nurhachu Null
盡管純電池電動(dòng)汽車(chē)的風(fēng)口快速增長(zhǎng)，但是交通領(lǐng)域還未確定零排放方案。在英國(guó)，重型貨車(chē)、海運(yùn)、公共汽車(chē)和鐵路至少占該國(guó)運(yùn)輸排放的26%。以英國(guó)為例，本文探討了氫燃料在解決這些排放方面的問(wèn)題時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
運(yùn)輸過(guò)程中氫燃料的價(jià)值鏈
氫燃料在道路運(yùn)輸中的應(yīng)用是一個(gè)與能源的生產(chǎn)和汽車(chē)在加油站補(bǔ)充燃料的過(guò)程高度相關(guān)的過(guò)程。其中有4個(gè)關(guān)鍵的考慮：氫能源運(yùn)輸?shù)臐撛诤锰幒湍壳暗牟蛔?；氫能源的價(jià)格和生產(chǎn)方法之間的關(guān)系；壓縮、存儲(chǔ)和供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施；藍(lán)氫的碳補(bǔ)集設(shè)施。
氫燃料電池的好處
供應(yīng)鏈和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng): 由于制造電動(dòng)汽車(chē)電池的稀有金屬供應(yīng)有限，氫很快將在實(shí)現(xiàn)零排放交通中扮演不可或缺的角色(盡管燃料電池汽車(chē)需要電池)。此外，天然豐富的氫元素意味著它有可能在汽車(chē)行業(yè)引發(fā)競(jìng)爭(zhēng)，而電動(dòng)汽車(chē)電池的原材料供應(yīng)則由少數(shù)幾家大型企業(yè)控制。
可達(dá)性：氫能源可以被運(yùn)送到電網(wǎng)難以到達(dá)的地區(qū)。
動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用：氫比柴油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)具有更高的能量密度，尤其是在被壓縮的情況下。這意味著燃料所需的空間和重量更少，更適合長(zhǎng)途駕駛和對(duì)牽引力要求更高的車(chē)輛，如載重貨車(chē)。
環(huán)境和壽命挑戰(zhàn)：燃料電池汽車(chē)需要較少的稀有金屬，這些金屬通過(guò)碳密集型開(kāi)采活動(dòng)得到。只需一個(gè)小電池就可以調(diào)節(jié)每輛車(chē)的速度。電池體積更小也意味著，與電動(dòng)汽車(chē)相比，燃料電池汽車(chē)將面臨更少的壽命終止和剩余價(jià)值相關(guān)的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。
經(jīng)濟(jì)機(jī)遇：在減少交通碳排放的領(lǐng)域，氫是一種相對(duì)較少被涉足的方式。英國(guó)(尤其是蘇格蘭)在這一領(lǐng)域相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)，它為外來(lái)投資和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供了機(jī)會(huì)。
目前氫燃料電池領(lǐng)域的技術(shù)空白
技術(shù)的成熟度和可靠性：氫能源技術(shù)的成熟速度是因應(yīng)用而異的。阿伯丁氫能汽車(chē)項(xiàng)目已經(jīng)見(jiàn)證了單層客車(chē)的許多可靠性問(wèn)題。未來(lái)五年，將在涉及雙層客車(chē)的第二階段進(jìn)一步推進(jìn)其成熟度。
相似的示范項(xiàng)目被規(guī)劃用來(lái)在其他的道路用例中來(lái)驗(yàn)證這個(gè)概念。2021年3月，英國(guó)政府宣布了多項(xiàng)投資來(lái)支持關(guān)于氫燃料電池用例的研究、開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)。包括用于開(kāi)發(fā)蘇格蘭東北部氫能源運(yùn)輸樞紐的300百萬(wàn)英鎊（合416萬(wàn)美元），以及在威爾士開(kāi)發(fā)大型貨車(chē)（HGV）氫能源樞紐的480萬(wàn)英鎊。
來(lái)自電池技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)：隨著電池技術(shù)（包括HGV）革新的飛速發(fā)展，氫能源技術(shù)也隨之與時(shí)俱進(jìn)。例如，特斯拉已經(jīng)研發(fā)了能夠有潛力行駛300到500英里的電動(dòng)卡車(chē)。
存儲(chǔ)復(fù)雜性：在常溫常壓下，氫是以氣體的形式存在的，這意味著要存儲(chǔ)氫能源，首先要對(duì)其進(jìn)行壓縮。氫能源還需要在高壓或者低溫環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)輸，這為后勤運(yùn)輸帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
排放量：盡管氫能源可以大幅度減少碳排放量，但是，因?yàn)闆](méi)有充足的可再生能源，大多數(shù)氫能的生產(chǎn)仍舊依賴(lài)化石燃料。
“綠氫”很昂貴：水電解是目前唯一能夠以零排放提取氫能，在當(dāng)前的生產(chǎn)規(guī)模下，它是非常昂貴的。
深入了解挑戰(zhàn)
氫能源的價(jià)格：在英國(guó)，氫能源的價(jià)格仍然是明顯高于其他類(lèi)型的能源（如圖所示）。隨著綠氫進(jìn)一步拉高這些成本，如果想在四到五年內(nèi)使其成為商業(yè)上可行的零排放替代方案，需要一種政府支持形式的刺激辦法，來(lái)填補(bǔ)氫能源相對(duì)其他能源的成本溢價(jià)（最起碼是短期內(nèi)）。
挪威見(jiàn)證了這種激勵(lì)措施所帶來(lái)的好處。在挪威，采用新的制氫方法與免稅等政府激勵(lì)措施相結(jié)合，已經(jīng)大幅降低了氫能的生產(chǎn)成本。
加利福尼亞能源委員會(huì)的一項(xiàng)研究估計(jì)，到2030年，每公斤氫能的成本可以從14—18美元降低到6.6—8.25美元，與現(xiàn)在的柴油價(jià)格相當(dāng)。
氫能的生產(chǎn)方法：目前主要有兩種前沿的制氫方法。第一種是甲烷蒸汽重整，這涉及到天然氣的液化。這是當(dāng)下最經(jīng)濟(jì)而且最北廣泛使用的方案；1kg的氫氣大約需要0.490MJ的電力和3 kg的天然氣，總共相當(dāng)于165 MJ。以千瓦時(shí)計(jì)算的話，這大約相當(dāng)于46 kWh/kg。
第二種是電解法，通過(guò)利用電能從水中分離出氫能來(lái)實(shí)現(xiàn)制氫目的。這種方法較少被使用，但是它是目前唯一的零排放制氫方法。耗電量大約是55 kWh/kg。電解雖然是一種完全零排放的制氫方法（這取決于可再生能源的使用），但電解仍是最昂貴的生產(chǎn)方法。下述關(guān)于2030年的預(yù)測(cè)概述了不同方法的成本和排放量。
不同制氫方案的成本和排放量比較
轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和分配（CSD）的基礎(chǔ)設(shè)施
原則上，氫可以?xún)煞N形式存儲(chǔ)和運(yùn)輸：純液體/氣體，或液態(tài)有機(jī)氫載體（LOHC）的形式，后者允許其與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施一起存儲(chǔ)和運(yùn)輸。氫能源CSD基礎(chǔ)設(shè)施的資本和運(yùn)營(yíng)成本主要受到轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和分配成本的影響。
處理氣態(tài)氫氣是CSD最具成本效益的方法。但是，作為一種存儲(chǔ)手段，LOHC正在證明其成本與氣體氫的存儲(chǔ)機(jī)制相當(dāng)。這不僅是因?yàn)長(zhǎng)OHC通過(guò)能夠使用現(xiàn)有的液體燃料存儲(chǔ)和分配基礎(chǔ)設(shè)施，這將對(duì)新基礎(chǔ)設(shè)施的需求降到了最低。進(jìn)一步的研究還表明，有可能將碳捕集與封存（CCS）設(shè)施中存儲(chǔ)的二氧化碳與氫氣結(jié)合起來(lái)以產(chǎn)生LOHC，從而使其可以在氫能經(jīng)濟(jì)中被重復(fù)利用。
隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，新的擔(dān)憂出現(xiàn)了，為了激勵(lì)LOHC 制造商制造出能夠優(yōu)化在鎖定和解鎖氫能的過(guò)程中所發(fā)生的的放熱和吸熱反應(yīng)過(guò)所涉及熱能的設(shè)施，將需要大量的LOHC。另外，需要大量的能源來(lái)促進(jìn)脫氫反應(yīng)，大約10 kWh / kg（每公斤氫能10千瓦時(shí)能源）。
盡管存在這些擔(dān)憂，大規(guī)模的LOHC開(kāi)發(fā)的投資仍然在進(jìn)行，例如，現(xiàn)代汽車(chē)投資了總部在德國(guó)的Hydrogenious LOHC Technologies GmbH，以及利用基于甲苯的LOHC技術(shù)在文萊和川崎市之間建立的日本循環(huán)供應(yīng)鏈。
用于藍(lán)氫/LOHC的碳捕集設(shè)施
CCS是捕集和存儲(chǔ)二氧化碳的過(guò)程，這對(duì)于抵消藍(lán)氫生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放至關(guān)重要。英國(guó)在CCS上最顯著的舉動(dòng)是，挪威重要的能源公司Equinor計(jì)劃在赫爾市附近建立一個(gè)新的氫能和CCS設(shè)施，這將是同類(lèi)中規(guī)模最大的。
然而，CCS的高昂成本將這項(xiàng)技術(shù)擋在了主流應(yīng)用的門(mén)外。其成本由碳捕集、存儲(chǔ)站點(diǎn)的距離及其自身特點(diǎn)決定。碳捕集與封存協(xié)會(huì)（CCSA）估計(jì)，電力行業(yè)早期的CCS項(xiàng)目每減排一噸二氧化碳將花費(fèi)約69-103美元。此外，碳儲(chǔ)存地點(diǎn)的二氧化碳泄漏可能會(huì)造成環(huán)境和氣候變化的危害。
結(jié)論
對(duì)于政府和市場(chǎng)主要參與者而言，這意味著什么？基于上述考慮，以下幾項(xiàng)行動(dòng)將涉及到各個(gè)利益相關(guān)方。
汽車(chē)OEM應(yīng)進(jìn)行需求預(yù)測(cè)分析，以提供產(chǎn)品策略、生產(chǎn)和售后基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的信息。他們應(yīng)與CDS基礎(chǔ)設(shè)施提供商展開(kāi)合作，以確定加油要求和降低成本的可能。在CCS方面，他們應(yīng)考慮垂直整合的投資機(jī)會(huì)。
作為零排放燃料，氫能具有真正的潛力，但它需要政府與工業(yè)界之間的大力合作，并且需要采用能源系統(tǒng)范圍的方法，以使其商業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展。
政府和地方當(dāng)局應(yīng)該為氫能源衍生的可再生能源的規(guī)定開(kāi)發(fā)一套系統(tǒng)級(jí)方案，通過(guò)免稅和資助來(lái)鼓勵(lì)CSD設(shè)施的研發(fā)和投資。在CCS方面，他們應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)適用于CCS設(shè)施的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
為了給投資策略提供信息依據(jù)，能源、石油和天然氣公司必須對(duì)藍(lán)氫（CCS）和綠氫進(jìn)行完整的需求、成本和收益分析，并且還要分析對(duì)純氫與LOHC、結(jié)合CCS的藍(lán)氫與綠氫的處理的對(duì)比。
新入局者和學(xué)者必須朝著尋求新型解決方案的方向努力，以釋放價(jià)值鏈中的效率，并開(kāi)發(fā)能夠解決CSD設(shè)施成本挑戰(zhàn)的新型方案。他們還應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)能夠允許在制造LOHC過(guò)程中重復(fù)利用碳的方案。
投資者將有機(jī)會(huì)探索整個(gè)價(jià)值鏈。
總之，盡管氫能是具有實(shí)際潛力的零排放能源，但是，為了使其在商業(yè)上可行以及實(shí)現(xiàn)「從油井到車(chē)輪」的可持續(xù)發(fā)展，它需要政府與工業(yè)界之間的大力合作，以及能源系統(tǒng)級(jí)的方案（包括供暖和發(fā)電）。此外，還需要進(jìn)行額外的研究、開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)，以改善氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）的性能特征，進(jìn)一步降低氫生產(chǎn)和燃料電池制造的成本。
原文地址：https://www.automotiveworld.com/articles/does-hydrogen-have-a-home-in-mobility/
