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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(zhàn)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(chǎn)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?shù)臐撛诤锰幒湍壳暗牟蛔?；氫能源的價格和生產(chǎn)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(xiàn)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(yè)引發(fā)競爭，而電動汽車電池的原材料供應則由少數(shù)幾家大型企業(yè)控制。
可達性：氫能源可以被運送到電網(wǎng)難以到達的地區(qū)。
動力系統(tǒng)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(huán)境和壽命挑戰(zhàn)：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(diào)節(jié)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(zhàn)和風險。
經(jīng)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(yōu)勢，它為外來投資和經(jīng)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(jīng)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(guī)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(fā)和試驗。包括用于開發(fā)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(fā)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(fā)展，氫能源技術也隨之與時俱進。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(huán)境下進行運輸，這為后勤運輸帶來了挑戰(zhàn)。
排放量：盡管氫能源可以大幅度減少碳排放量，但是，因為沒有充足的可再生能源，大多數(shù)氫能的生產(chǎn)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(chǎn)規(guī)模下，它是非常昂貴的。
深入了解挑戰(zhàn)
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(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，來填補氫能源相對其他能源的成本溢價（最起碼是短期內(nèi)）。
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(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(xiàn)在的柴油價格相當。
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。這是當下最經(jīng)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(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(zhuǎn)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(tài)有機氫載體（LOHC）的形式，后者允許其與現(xiàn)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(zhuǎn)化、存儲和分配成本的影響。
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(xiàn)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(jié)合起來以產(chǎn)生LOHC，從而使其可以在氫能經(jīng)濟中被重復利用。
隨著新技術的不斷涌現(xiàn)，新的擔憂出現(xiàn)了，為了激勵LOHC 制造商制造出能夠優(yōu)化在鎖定和解鎖氫能的過程中所發(fā)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(guī)模的LOHC開發(fā)的投資仍然在進行，例如，現(xiàn)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(huán)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(chǎn)所產(chǎn)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(guī)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(xié)會（CCSA）估計，電力行業(yè)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(huán)境和氣候變化的危害。
結(jié)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(chǎn)品策略、生產(chǎn)和售后基礎設施規(guī)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(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。
政府和地方當局應該為氫能源衍生的可再生能源的規(guī)定開發(fā)一套系統(tǒng)級方案，通過免稅和資助來鼓勵CSD設施的研發(fā)和投資。在CCS方面，他們應當開發(fā)適用于CCS設施的環(huán)境標準。
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(jié)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(fā)能夠解決CSD設施成本挑戰(zhàn)的新型方案。他們還應當開發(fā)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(yè)上可行以及實現(xiàn)「從油井到車輪」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)級的方案（包括供暖和發(fā)電）。此外，還需要進行額外的研究、開發(fā)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(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/
