目前全球80%的能源需求是由化石燃料滿足的，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(shè)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(zhǎng)途重型卡車(chē)就是其中之一。
在美國(guó)，長(zhǎng)途重型卡車(chē)占美國(guó)道路柴油燃料消耗的近一半，占美國(guó)交通運(yùn)輸溫室氣體總排放的約13%。不幸的是，這種類型的卡車(chē)——就像海運(yùn)和航空一樣——是一種終極應(yīng)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(tǒng)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(shè)施需要配備碳捕獲系統(tǒng)，這些設(shè)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(tǒng)。
運(yùn)營(yíng)氫經(jīng)濟(jì)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(yù)測(cè)與氫燃料電池驅(qū)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本的比較。
根據(jù)與燃料生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)壬嫌我蛩赜嘘P(guān)的假設(shè)，迄今為止的研究得出了截然不同的結(jié)果。然而，就長(zhǎng)途卡車(chē)運(yùn)輸而言，一份全新的CATF報(bào)告比較了氫燃料和電池電動(dòng)卡車(chē)的運(yùn)營(yíng)性能，并確定了氫燃料電池卡車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，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(shù)更少，花更少的時(shí)間加油（氫）
整體背景下，報(bào)告模擬電池動(dòng)力(BEV)和氫燃料電池(FCEV)卡車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施作為替代柴油卡車(chē)在美國(guó)受歡迎的長(zhǎng)途路線。所有車(chē)輛以一個(gè)典型的重量(80000磅8級(jí)卡車(chē))類型來(lái)評(píng)估。
相比之下，F(xiàn)CEV的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在整個(gè)旅程中，F(xiàn)CEV比BEV需要?？康恼军c(diǎn)更少。
由于其行駛距離較短，BEV卡車(chē)需要總共停靠8次，在此期間電池的大部分(50-98%)需要充電。相比之下，F(xiàn)CEV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(tǒng)只需要一次停車(chē)。
第二個(gè)，也是更關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)是，F(xiàn)CEV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(duì)BEV來(lái)說(shuō)要長(zhǎng)得多，因?yàn)槊看瓮＼?chē)充電都需要幾個(gè)小時(shí)。計(jì)算每一站的充電狀態(tài)，并將其加在整個(gè)路線上，可顯示電動(dòng)卡車(chē)的充電時(shí)長(zhǎng)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(duì)交貨時(shí)間和整個(gè)車(chē)隊(duì)的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生負(fù)面影響。相比之下，F(xiàn)CEV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(zhǎng)約1小時(shí)。
2、FCEV卡車(chē)的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它可以裝載更多的貨物
這是因?yàn)榧冸妱?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(yùn)能力的損失對(duì)車(chē)隊(duì)運(yùn)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(yùn)送所有貨物。
需要明確的是，F(xiàn)CEV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(dǎo)致數(shù)百磅的貨物容量損失。
不同的FCEV設(shè)計(jì)可能會(huì)選擇稍大一點(diǎn)的電池，可能高達(dá)100KWh，但由于氫是主要的能源來(lái)源，電池重量預(yù)計(jì)不會(huì)成為FCEV的主要問(wèn)題。
3、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更容易
該報(bào)告還通過(guò)模擬同一路線上24小時(shí)/一天的卡車(chē)交通，比較了每種卡車(chē)類型在同一路線上充電/加油基礎(chǔ)設(shè)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(xiàn)，為純電動(dòng)汽車(chē)建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施可能需要更多或更大的充電站來(lái)滿足需求，這主要是因?yàn)榧冸妱?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(zhǎng)。
氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也將具有挑戰(zhàn)性，但具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，即與柴油燃料技術(shù)相比，氫燃料在規(guī)模和數(shù)量上更相似，而且在運(yùn)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(shù)(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(tǒng)的重量)方面，F(xiàn)CEV的表現(xiàn)優(yōu)于BEV。
此外，雖然為BEV和FCEV建造充電和加油基礎(chǔ)設(shè)施可能同樣具有挑戰(zhàn)性，但由于FCEV車(chē)輛的續(xù)航里程和快速加油時(shí)間，F(xiàn)CEV加氫站的占地面積更小，數(shù)量也可能不需要那么多。
那么，這是否意味著未來(lái)的長(zhǎng)途重型卡車(chē)車(chē)隊(duì)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(xiàn)與柴油相同的加油時(shí)間，并降低動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)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(zhuǎn)變將如何影響卡車(chē)司機(jī)和線路運(yùn)營(yíng)商的底線。本報(bào)告沒(méi)有評(píng)估任何一種替代動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)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(yùn)輸和分配氫氣的成本可能會(huì)對(duì)車(chē)隊(duì)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用產(chǎn)生不利影響。
3、我們需要進(jìn)一步建設(shè)低排放氫經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮零碳燃料的潛力，包括：
發(fā)展連接基礎(chǔ)設(shè)施，如專用氫管道，以預(yù)測(cè)不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，避免供應(yīng)瓶頸;
通過(guò)區(qū)域清潔氫樞紐計(jì)劃等措施，將氫作為零碳燃料的大規(guī)模生產(chǎn)商業(yè)化;
開(kāi)發(fā)氫供應(yīng)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(yùn)輸行業(yè)技術(shù)構(gòu)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(xiàn)長(zhǎng)途重型卡車(chē)脫碳的重要策略。
以上內(nèi)容來(lái)自研報(bào)《Zero Emission Long-Haul Heavy-Duty Trucking》
