編譯/Nurhachu Null

盡管純電池電動汽車的風口快速增長，但是交通領域還未確定零排放方案。在英國，重型貨車、海運、公共汽車和鐵路至少占該國運輸排放的26%。以英國為例，本文探討了氫燃料在解決這些排放方面的問題時所面臨的挑戰和機遇。

運輸過程中氫燃料的價值鏈

氫燃料在道路運輸中的應用是一個與能源的生產和汽車在加油站補充燃料的過程高度相關的過程。其中有4個關鍵的考慮：氫能源運輸的潛在好處和目前的不足；氫能源的價格和生產方法之間的關系；壓縮、存儲和供應的基礎設施；藍氫的碳補集設施。

氫燃料電池的好處

供應鏈和市場競爭: 由于制造電動汽車電池的稀有金屬供應有限，氫很快將在實現零排放交通中扮演不可或缺的角色(盡管燃料電池汽車需要電池)。此外，天然豐富的氫元素意味著它有可能在汽車行業引發競爭，而電動汽車電池的原材料供應則由少數幾家大型企業控制。

可達性：氫能源可以被運送到電網難以到達的地區。

動力系統應用：氫比柴油汽車和電動汽車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，更適合長途駕駛和對牽引力要求更高的車輛，如載重貨車。

環境和壽命挑戰：燃料電池汽車需要較少的稀有金屬，這些金屬通過碳密集型開采活動得到。只需一個小電池就可以調節每輛車的速度。電池體積更小也意味著，與電動汽車相比，燃料電池汽車將面臨更少的壽命終止和剩余價值相關的挑戰和風險。

經濟機遇：在減少交通碳排放的領域，氫是一種相對較少被涉足的方式。英國(尤其是蘇格蘭)在這一領域相對具有優勢，它為外來投資和經濟增長提供了機會。

目前氫燃料電池領域的技術空白

技術的成熟度和可靠性：氫能源技術的成熟速度是因應用而異的。阿伯丁氫能汽車項目已經見證了單層客車的許多可靠性問題。未來五年，將在涉及雙層客車的第二階段進一步推進其成熟度。

相似的示范項目被規劃用來在其他的道路用例中來驗證這個概念。2021年3月，英國政府宣布了多項投資來支持關于氫燃料電池用例的研究、開發和試驗。包括用于開發蘇格蘭東北部氫能源運輸樞紐的300百萬英鎊（合416萬美元），以及在威爾士開發大型貨車（HGV）氫能源樞紐的480萬英鎊。

來自電池技術的競爭：隨著電池技術（包括HGV）革新的飛速發展，氫能源技術也隨之與時俱進。例如，特斯拉已經研發了能夠有潛力行駛300到500英里的電動卡車。

存儲復雜性：在常溫常壓下，氫是以氣體的形式存在的，這意味著要存儲氫能源，首先要對其進行壓縮。氫能源還需要在高壓或者低溫環境下進行運輸，這為后勤運輸帶來了挑戰。

排放量：盡管氫能源可以大幅度減少碳排放量，但是，因為沒有充足的可再生能源，大多數氫能的生產仍舊依賴化石燃料。

“綠氫”很昂貴：水電解是目前唯一能夠以零排放提取氫能，在當前的生產規模下，它是非常昂貴的。

深入了解挑戰

氫能源的價格：在英國，氫能源的價格仍然是明顯高于其他類型的能源（如圖所示）。隨著綠氫進一步拉高這些成本，如果想在四到五年內使其成為商業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，來填補氫能源相對其他能源的成本溢價（最起碼是短期內）。

挪威見證了這種激勵措施所帶來的好處。在挪威，采用新的制氫方法與免稅等政府激勵措施相結合，已經大幅降低了氫能的生產成本。

加利福尼亞能源委員會的一項研究估計，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，與現在的柴油價格相當。

氫能的生產方法：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。這是當下最經濟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，總共相當于165 MJ。以千瓦時計算的話，這大約相當于46 kWh/kg。

第二種是電解法，通過利用電能從水中分離出氫能來實現制氫目的。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方法。下述關于2030年的預測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

轉換、存儲和分配（CSD）的基礎設施

原則上，氫可以兩種形式存儲和運輸：純液體/氣體，或液態有機氫載體（LOHC）的形式，后者允許其與現有基礎設施一起存儲和運輸。氫能源CSD基礎設施的資本和運營成本主要受到轉化、存儲和分配成本的影響。

處理氣態氫氣是CSD最具成本效益的方法。但是，作為一種存儲手段，LOHC正在證明其成本與氣體氫的存儲機制相當。這不僅是因為LOHC通過能夠使用現有的液體燃料存儲和分配基礎設施，這將對新基礎設施的需求降到了最低。進一步的研究還表明，有可能將碳捕集與封存（CCS）設施中存儲的二氧化碳與氫氣結合起來以產生LOHC，從而使其可以在氫能經濟中被重復利用。

隨著新技術的不斷涌現，新的擔憂出現了，為了激勵LOHC 制造商制造出能夠優化在鎖定和解鎖氫能的過程中所發生的的放熱和吸熱反應過所涉及熱能的設施，將需要大量的LOHC。另外，需要大量的能源來促進脫氫反應，大約10 kWh / kg（每公斤氫能10千瓦時能源）。

盡管存在這些擔憂，大規模的LOHC開發的投資仍然在進行，例如，現代汽車投資了總部在德國的Hydrogenious LOHC Technologies GmbH，以及利用基于甲苯的LOHC技術在文萊和川崎市之間建立的日本循環供應鏈。

用于藍氫/LOHC的碳捕集設施

CCS是捕集和存儲二氧化碳的過程，這對于抵消藍氫生產所產生的碳排放至關重要。英國在CCS上最顯著的舉動是，挪威重要的能源公司Equinor計劃在赫爾市附近建立一個新的氫能和CCS設施，這將是同類中規模最大的。

然而，CCS的高昂成本將這項技術擋在了主流應用的門外。其成本由碳捕集、存儲站點的距離及其自身特點決定。碳捕集與封存協會（CCSA）估計，電力行業早期的CCS項目每減排一噸二氧化碳將花費約69-103美元。此外，碳儲存地點的二氧化碳泄漏可能會造成環境和氣候變化的危害。

結論

對于政府和市場主要參與者而言，這意味著什么？基于上述考慮，以下幾項行動將涉及到各個利益相關方。

汽車OEM應進行需求預測分析，以提供產品策略、生產和售后基礎設施規劃的信息。他們應與CDS基礎設施提供商展開合作，以確定加油要求和降低成本的可能。在CCS方面，他們應考慮垂直整合的投資機會。

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界之間的大力合作，并且需要采用能源系統范圍的方法，以使其商業化和可持續發展。

政府和地方當局應該為氫能源衍生的可再生能源的規定開發一套系統級方案，通過免稅和資助來鼓勵CSD設施的研發和投資。在CCS方面，他們應當開發適用于CCS設施的環境標準。

為了給投資策略提供信息依據，能源、石油和天然氣公司必須對藍氫（CCS）和綠氫進行完整的需求、成本和收益分析，并且還要分析對純氫與LOHC、結合CCS的藍氫與綠氫的處理的對比。

新入局者和學者必須朝著尋求新型解決方案的方向努力，以釋放價值鏈中的效率，并開發能夠解決CSD設施成本挑戰的新型方案。他們還應當開發能夠允許在制造LOHC過程中重復利用碳的方案。

投資者將有機會探索整個價值鏈。

總之，盡管氫能是具有實際潛力的零排放能源，但是，為了使其在商業上可行以及實現「從油井到車輪」的可持續發展，它需要政府與工業界之間的大力合作，以及能源系統級的方案（包括供暖和發電）。此外，還需要進行額外的研究、開發和試驗，以改善氫燃料電池電動汽車（FCEV）的性能特征，進一步降低氫生產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/