氢动力重型卡车

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汽车制造商和商用车队正在投资氢动力卡车，作为解决重型车辆排放的617888九五至尊娱乐排放和其他空气污染物的解决方案. 然而，氢燃料卡车要成为一种负担得起的零排放解决方案，还面临着一些障碍.

这个解释有助于解决关于氢动力卡车的潜在好处和挑战的常见问题.

介绍

重型卡车和公共汽车对道路和高速公路造成了不成比例的车辆污染. 尽管它们只占美国道路上车辆的10%, 重型卡车和公共汽车(2b-8类)排放的温室气体占全球温室气体排放量的四分之一以上, 大约一半的形成烟雾的氮氧化物(NOx), 以及超过一半的细颗粒物(PM2).5)来自公路车辆(O 'Dea 2019).

减少卡车和公共汽车的污染对于创造一个可持续和公平的交通系统至关重要，而重型车辆的电气化是实现这一目标的最佳途径. 纯电动汽车(bev)代表了当今最常见的零排放汽车(ZEV)技术, 随着成千上万的卡车和公共汽车在世界范围内部署，越来越多的型号可供选择. 然而, 氢动力卡车和公共汽车也是全球交通电气化趋势的一部分.

这个解释器将帮助决策者, 研究人员, 并且公众更好地了解了重型氢燃料汽车的技术和经济现状, 以及关于氢燃料汽车的潜在好处和挑战的关键考虑因素, 燃料, 为基础设施加油. 目前的氢气生产给社区和环境带来了严重的健康问题, 而真正的零排放氢燃料卡车面临着几个障碍, 包括较低的能源效率和较高的燃料成本相比，电池电力的选择. 然而, 考虑到氢燃料汽车市场的新兴状态和燃料基础设施的建设, 最近的联邦投资, 未来几年，氢燃料电池卡车可能会在一些卡车运输应用中得到部署(McNamara 2022)。. 因为氢燃料汽车有可能加剧和缓解617888九五至尊娱乐变化和空气污染, 使用这项技术的方式必须能够防止化石燃料的现有危害继续存在，并带来明显的公共健康和环境效益.

燃料电池电动卡车真的是零排放汽车吗?

是的，他们可以, 但这取决于燃料电池电动汽车(FCEV)的氢燃料是如何生产的.

目前市场上的零排放卡车和公共汽车有两种:纯电动汽车和氢燃料电池汽车. 这两种类型的zev既有相似之处，也有不同之处. 随着全球范围内的零排放卡车和公共汽车的预期和急需的过渡, 重要的是要了解这两种技术是如何发挥作用的，这样才能最大限度地发挥各自的优势，减少潜在的危害.

与纯电动汽车一样，燃料电池汽车在行驶过程中不会产生尾气污染. 然而, 为每一种类型的汽车提供动力的燃料——电力和氢——的生产会排放导致全球变暖的排放物和空气污染. 就像电动汽车变得更清洁一样，电网也变得更清洁, 考虑燃料电池汽车全生命周期的污染影响是很重要的, 全面了解货运业务在减少全球变暖排放和空气污染方面的潜力(Reichmuth 2023). 以下部分将介绍燃料电池汽车对上游的一些关键影响，并围绕其创造更可持续货运系统的能力进行一些研究.

氢燃料电池卡车是如何517888九五至尊娱乐的?

FCEV可以被认为是带有车载发电厂的电动汽车. FCEV的氢燃料电池可以转换氢气, 储存在车辆上的高压罐中, 转化为电能. 喜欢成为, fcev使用电池供电, 但它们携带氢燃料和燃料电池来为飞行器提供动力. 因为这个设计, 典型的氢燃料电池汽车携带的电池要比同等的纯电动汽车小得多, fcev的重量明显减轻. 例如, 一辆长途纯电动牵引车可能会有一个超过1兆瓦的电池，在需要充电之前可以行驶几百英里. 类似的氢燃料电池汽车的电池大约只有它的十分之一大小, 在需要加氢之前，依靠燃料电池和储存在车上的氢来为卡车提供动力.

氢生产导致燃料电池汽车污染

而氢燃料电池汽车只从排气管中产生水, 氢燃料的生产可能导致重大的生命周期全球变暖排放和空气污染, 取决于它是如何产生的(Longden等人). 2022; McNamara 2020). 今天, 大多数氢燃料是由天然气生产的, 随之而来的是严重的617888九五至尊娱乐变化和空气质量问题(Hyunah等. 2022). 尽管氢燃料电池汽车在汽车生产过程中排放的废气较少, 国际清洁运输委员会(ICCT)即将进行的一项研究的初步结果表明，与使用可再生能源电解产生的氢的类似燃料电池卡车相比，使用可再生能源发电的电池电动拖拉机卡车在其使用寿命内产生的全球变暖排放量减少了约13%.e.，“绿色”氢)，如图1所示(O 'Connell et al .., n.d.). 氢燃料电池汽车以天然气生产的氢气为燃料, 然而, 617888九五至尊娱乐变暖对生命周期的影响是否与今天的柴油卡车相似.

在电解过程中, 氢燃料是用电从水中分离出氧原子和氢原子来生产的. 如果使用可再生电力，这可以是一个零排放的过程, 比如风能或太阳能, 尽管电解过程需要大量的电力(McNamara 2023)。. 根据美国能源部的数据, 然而, 如今，美国只有1%的氢是通过电解产生的, while 95 percent is produced from natural gas and the remainder from coal gasification (US DOE 2020; US DOE 2023a; US DOE 2023b). 真正的零排放氢必须在生产过程中不使用化石燃料，避免对社区和环境产生负面影响.

氢燃料卡车如何影响我们的社区?

目前的制氢实践排放了各种空气污染物，对人类和生态系统都造成了严重的健康问题. 今天几乎所有可用的氢燃料都是通过蒸汽重整从天然气中生产出来的, 是什么造成了各种空气污染物的排放, 包括PM2.5、NOx (Sun et al .. 2019). 因此, 减少尾气污染的好处可能会被其他地方氢气生产排放的增加所损害.

在港口附近的社区大量使用氢燃料电池卡车可能有助于减少该社区的空气污染, 对氢燃料日益增长的需求可能会导致燃料生产设施附近社区的空气污染增加. 然而, 如下所述, 一些制造商正在考虑生产燃烧氢燃料的汽车, 而不是在燃料电池中将其转化为电能. 这些车辆排放各种污染物，可能对空气质量产生负面影响.

氢燃烧技术既污染又昂贵

一些发动机和汽车制造商对开发氢燃烧技术很感兴趣, 经常说这项技术带来了空气质量, 617888九五至尊娱乐, 和经济效益(Wolfe 2022). 然而, 而在内燃机中燃烧氢气则消除了尾气管中的二氧化碳污染, 这些车辆仍然会产生大量的空气污染物, 比如形成臭氧的氮氧化物. 最近的一项研究发现，氢燃烧发动机可能比汽油汽车排放更多的有害肺部的细颗粒物(Thawko和Tartakovsky, 2022)。.

鉴于地面臭氧和微粒物质是许多城市地区令人关切的主要污染物, 特别是在货运业务附近的社区, 氢内燃机汽车不具备氢燃料电池汽车或纯电动汽车的排放优势.

而且, 燃烧氢气的能源效率远不如在燃料电池中将其转化为电能, 氢内燃机卡车有, 到目前为止, 在纯电动汽车中，每英里运行成本最高, 柴油, 和氢燃料卡车(Basma等人). 2023). 因为氢内燃机卡车燃烧燃料而不是在燃料电池中将其直接转化为电能, 据估计，这些卡车的燃油效率甚至低于今天的柴油卡车(Basma等人). 2023).

燃料成本是限制氢燃料卡车的主要经济因素

由于氢燃料的高成本，氢动力重型汽车的运营支出远远高于其他类型的汽车(见图2)。. 研究表明，燃料电池汽车要在经济上与纯电动汽车竞争, 绿色氢燃料的价格需要在每公斤3美元到6美元之间.到2030年每公斤50美元(Basma等). 2023). In 2023, 加州绿色氢燃料零售价格达到每公斤30美元左右, and reasonable estimates have suggested that at-the-pump prices will remain between $8/kg and $10/kg even with federal incentives (Collins 2023; S&P Global Commodity Insights 2023; Slowik et al. 2023). 尽管随着供应生产效率的提高，电解氢的价格可能会下降, 由天然气生产的氢燃料将永远具有化石燃料的波动性(Longden等). 2022). 高油价可能会减缓燃料基础设施的发展, 氢燃料在卡车上应用的另一个关键限制因素.

FCEV卡车的购买价格可能会高于类似的纯电动汽车, 但随着车队选择清洁卡车，燃料支出可能成为主要的经济因素. ICCT最近的一项研究估计，2030年的电池电动8级牵引车在每英里成本方面将比同等的FCEV高出25%左右, 主要由燃料成本驱动的优势(Basma等人). 2023). 考虑到像百事可乐这样的公司正在进行400多英里的运行，使用电池电动拖拉机卡车在州际山脉上满载货物, ICCT的研究结果表明，当占空比绝对需要FCEV提供的更长的续航里程时，最有可能采用FCEV卡车.

即使即将到来的氢燃料补贴来自通货膨胀减少法案, 绿色氢的价格需要大幅下降，才能在经济上与纯电动汽车竞争.S.C. §45V; Ragon et al. 2023). 尽管政府的支持和私营部门的热情高涨, 氢零售价格下降的速度是不确定的, 但即使在乐观的情况下, 价格要降到有竞争力还需要很多年. 在研究和比较燃料电池卡车和纯电动卡车的寿命成本时，得出了不同的结果, 许多研究一致认为，纯电动卡车将比燃料电池卡车更快达到总成本平价(Basma等人). 2023; CARB 2021; Rout et al. 2022; Slowik et al. 2023). 此外, 依赖于更现实和保守的氢燃料成本的研究往往表明，氢燃料卡车在全国范围内的采用有限, 即使在长途部门(Basma等人). 2023; Ragon et al. 2023).

燃料电池卡车的效率如何?

随着向零排放汽车和卡车的过渡加速, 政策制定者应该考虑汽车的整体燃料和能源效率. 最终, 效率将是交通运输系统所需可再生电力数量的主要驱动因素.

今天, both battery-electric and 燃料-cell trucks are more energy efficient than 柴油 trucks; 然而, 纯电动汽车比氢燃料电池汽车有明显的优势，因为它们直接将能量储存在电池中，而不需要任何中间步骤. 这个BEV特性, 通常被称为“直接电气化”,，对环境和经济都有好处, 考虑到利用电力从水中产生氢气，然后将其转换回汽车中的电力，会带来重大的能源效率损失(见图3)。. 最近一项针对欧洲替代燃料货运卡车的研究发现，使用相同数量的可再生能源，纯电动卡车的行驶距离是纯电动卡车的三倍(见图4)(O 'Connell等). 2023). 这在一定程度上是因为氢燃料生产过程中的能量损失.

尽管今天的燃料电池汽车在效率上落后, 它们确实提供了减少车辆重量和相关的负载能力增加的好处. 动力系统重量的减轻使得8级长途fcev运输的货物量相当于类似的柴油动力卡车运输的货物量. 长途纯电动拖拉机所需的大电池带来的额外重量降低了它们所能承载的最大货物量. 而早期的原型长途拖拉机纯电动汽车的重量损失高达25%, 未来十年，电池技术的进步有望减轻电池重量, 这将使纯电动卡车能够运输的最大货运量降至fcev或内燃机车辆运输的5%左右(Basma et al, 2023)。.

氢能卡车和公共汽车今天在市场上可用吗?

目前市场上有超过100辆电动重型卡车, 重型商用燃料电池卡车和公共汽车非常有限, 而且没有氢燃料卡车计划在近期进行商业开发. 尽管有报道称，尼古拉(尼古拉)和Hyzon等初创企业已经推出了一些8级长途燃料电池拖拉机, 目前，美国唯一的商用重型燃料电池汽车是公共汽车, 所有这些都在加州(Canel 2023).

然而, 加州一些最大的港口已经或即将参与氢燃料电池卡车的示范项目. 奥克兰港, 哪个社区毗邻历史上受到空气污染不成比例影响的社区, 将开始测试现代燃料电池卡车，以更好地了解这些车辆在运输应用中的潜力(CARB 2023)。.

大规模部署燃料电池汽车的经济效益不高

因为氢燃料的成本很高, 在纯电动汽车经济效益不佳或无法满足占空比需求的情况下，商用道路燃料电池汽车的部署有望实现. 目前最常见的例子是距离较远的货运路线，这使得目前的纯电动汽车选择在技术上或经济上都不可行. 其他小众的例子可能包括远离工业走廊的车辆, 比如伐木车, 或者是高能耗的特种车辆.

当比较燃料电池汽车和纯电动汽车时, 每种燃料类型都有明显的优点和缺点, 卡车车队可能会采用最经济、最适合其使用情况的技术. 氢燃料电池汽车在卡车运输中的优势本质上反映了纯电动汽车的挑战, 但考虑到清洁汽车技术的快速发展, 这些好处和挑战绝不是一成不变的.

更多的研究对重型燃料电池汽车的未来应用提出了不同的估计. 尽管加州空气资源委员会最近的一项监管分析估计，到2020年，氢燃料电池汽车将占到零排放长途卡车的一半左右, other studies have suggested that FCEVs will play a limited role even in long-haul trucking applications (CARB 2022a; Rout et al. 2022; Slowik et al. 2023). 与其他类型的汽车相比，估计fcev总拥有成本有利的研究往往依赖于燃料成本假设，而这与当前的氢零售价格不符. 例如, 2022年一项关于欧洲替代燃料汽车总拥有成本的研究表明，65%的FCEV长途牵引车总成本与燃料支出有关(route等人). 2022). 虽然这项研究表明，在研究的燃料类型中，FCEV卡车的总拥有成本最低, 它还假设氢燃料的零售成本约为2美元.10美元/公斤，远低于2023年加州泵的30美元/公斤或更高的价格.

如果氢燃料价格确实像预期的那样下降和稳定, 采用氢燃料电池汽车对更多的道路商业应用具有经济意义. 然而, 考虑到近90%的商用车每天行驶不到100英里, 电池成本持续下降, 纯电动汽车的续航里程和充电速度也在不断提高, 纯电动汽车很可能将继续占据大多数商用零排放汽车(Slowik et al .). 2023; USCB 2004). 即使在长期应用中，氢通常被认为是一个重要的角色, 这种燃料的潜在采用者可能面临不确定和不稳定的燃料成本. 如上所述, 随着氢燃料的高成本和纯电动汽车技术的迅速发展, 氢燃料电池汽车可能不会被广泛采用, 即使是长途公路货运.

氢燃料和纯电动汽车燃料基础设施的可扩展性比较

与纯电动汽车一样，氢燃料电池汽车也需要大量新建燃料基础设施. 在加州的几个精选社区之外, 没有多少运行中的加氢站存在(CARB 2022b). 《617888九五至尊娱乐》, 加州运输委员会指出，到2025年，加州将需要15到20个公共加氢站，以支持第一波零排放长途卡车(CTC 2023)。. 然而, 这个估计可能被夸大了, 考虑到该研究假设了比其他研究更高的早期FCEV采用率.

就像车辆本身一样, 氢燃料基础设施的建设既带来了挑战，也带来了机遇, 成本, 和技术.

氢燃料汽车制造商一直在谈论的一个观点是，氢燃料汽车的加油体验与传统化石燃料汽车相似, 特别是减少时间, 与目前的纯电动汽车相比. 尼古拉, 例如, 广告称其8级燃料电池牵引车可以在短短20分钟内充满燃料, 续航里程可达500英里.

与传统制造商目前生产的电池电动拖拉机相比，这是一个很大的范围, 它可以在90分钟内充电，足够行驶200英里. 然而，一些8级电池电动车型开始迎头赶上. 测试特斯拉8级半挂车的车队报告称，这些车辆在现实世界中的行驶里程接近500英里, 特斯拉声称他们可以在30分钟内使用他们的超级充电器恢复70%的电量(Kothari 2023).

氢燃料站不同于柴油燃料站和电池电力燃料站. 因为氢是以压缩气体的形式储存的, 空间站需要更多的硬件和, 反过来, 有更高的建设成本. 加州交通委员会估计，一个氢燃料卡车加气站的成本将在8美元.600万美元和12美元.600万(不包括燃料生产), 相比之下，电池电动卡车加油站的成本在500万到900万美元之间. 而从长远来看，氢燃料可以通过管道分配网络输送到加油站, 短期内，氢燃料最有可能通过卡车运输, 除非该站位于生产设施附近(DOE), n.d.; DOE 2023b). 加氢站可能不需要对电动卡车站进行潜在的电网升级, 但是，开发专用的氢气输送管道既昂贵又耗时. 氢气管道将减少燃料卡车运输量，提高运输的经济效率, 但在2030年之前，对这种燃料的需求不太可能需要管道规模的分配量(DOE 2023b)。. 此外, 管道建设可能会带来泄漏和对社区和环境影响的担忧.

因为氢是一种间接的全球变暖污染物, 解决潜在的燃料泄漏问题对于fcev缓解617888九五至尊娱乐变暖的能力至关重要. 2020年的一项研究估计，氢燃料汽车加油过程中的泄漏率在2%到10%之间(Genovese等人). 2020). 而氢气本身是无毒的，扩散迅速, 它的20年升温潜能值是二氧化碳的30多倍(Sand et al .). 2023). 由于氢的间接变暖潜力及其生产过程中的排放, 即使是少量的泄漏也会严重影响其作为清洁燃料的有效性. 尽管氢站和汽车制造商有潜在的利润动机来减少泄漏, 重要的是，监管机构要确保整个系统中的氢燃料泄漏最小化.

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