 
氢能燃料电池汽车不太可能在可持续道路运输中发挥重要作用 翻译：氢云链 电池技术和规模经济性发展和快速充电技术进步，可能很快就会让氢燃料电池汽车在道路运输中变得多余。 ————帕特里克·普洛茨 交通运输仍然以化石燃料为主。在与能源相关的温室气体排放中，交通运输的温室气体排放占了约四分之一，其中约72%的交通运输排放中来自公路运输领域。然而，《巴黎协定》隐含的碳排放预算意味着交通运输应当实现碳中和——也就是说，交通运输领域应该在短短几十年内实现静零排放。同时公路运输的技术转向相对缓慢，这个目标需要采取紧急行动才能完成。 非技术变革，包括减少旅行（例如，由于在家工作）和使用更环保的交通方式（如铁路和自行车），有助于减少温室气体排放。然而，这对于公路运输领域的作用有限，因为大规模非技术变革对消费者行为的改变相对缓慢，并且几乎所有发达经济体都离不开对汽车运输体系的依赖。 幸运的是，提供低碳公路运输的技术正在开发或已经实现商业化。这些技术包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动汽车，以及使用生物燃料和合成可再生燃料等替代燃料汽车。各种技术处于商业化的不同阶段，每种技术方向在未来的道路运输系统中的作用仍然存在争议。 尽管存在技术和市场的不确定性，但气候危机的紧迫性迫使我们现在就做出技术方向的选择。 电力和氢是低碳未来的两种关键能源载体，氢将在工业、航运和合成航空燃料中发挥至关重要的作用。但对于公路运输，我相信我们不能坐等氢技术的成熟，我们现在的重点应该放在纯电动汽车上。
图1 零排放卡车的货运部分和潜在应用 注：卡车的不同应用场景是根据年行驶里程和车辆重量、负载来设定的。椭圆的中心表示每个给定重型车辆应用的典型年里程和重量。虚线表示采用不同卡车技术（第一代纯电动卡车、第二代纯电动卡车和具有兆瓦充电系统 (MCS) 的第二代电池卡车）可行的里程和重量组合。图中还指出了由氢燃料电池、柴油或合成燃料以及电动道路系统驱动的卡车的最大性能。 一、乘用车 2021年初，全球约有25,000辆氢燃料电池乘用车，其中90%以上仅分布在四个国家：韩国、美国、中国和日本。目前，全球制造商仅提供两种乘用燃料电池车型。燃料电池汽车也不能在家里加氢，必须建设加氢站，而全球仅约有540个加氢站正在运行。 相比之下，到 2022年初，全球有大约1500万辆纯电动和插电式混合动力汽车在公路奔驰，几乎所有的车企都在销售此类车辆，全球在售型号达到350多种。纯电动汽车可通过电网充电获得电力，但对于没有家庭充电桩的用户和长途旅行场景，则需要在公共充电站充电。 2020年，全球约有130万个公共充电桩在运行，其中约四分之一是快速充电桩(功率大于 22kW） 。最近，充电桩运营商已开始构建功率超过150kW，最高达到300kW的大功率快速充电桩（欧洲已经有 超过1,000 个300kW充电桩在运行）。 当纯电动汽车的续航里程小于150公里，充电时间需要几个小时的时候，燃料电池汽车就有了一个重要且巨大的细分市场：长途场景。与纯电动汽车相比，高压氢气的能量密度更高，并且能够在几分钟内加满，这使得燃料电池汽车成为频繁长途旅行的理想选择。但电池电动汽车现在能够提供约400公里的实际续航里程，同时最新一代使用800 V平台，可在约15分钟内补充约200公里续航。 许多正在进行的氢能汽车投资似乎都遵循着沉没成本谬误：我们已经在这项技术上投入了大量资源，我们不能轻易放弃。但随着规模经济对电池的全面提高，以及纯电动汽车和充电基础设施的成本进一步降低和性能提升，燃料电池乘用车大概率不具备市场竞争优势。 二、卡车 零排放卡车比零排放乘用车处于更早期阶段，零排放卡车大约落后乘用车大约10年。全球大约有3万辆纯电动卡车，其中90%以上在中国，目前也没有专门的零排放卡车基础设施（纯电动）。与乘用车相比，纯电动卡车的大电池需要更高的充电功率。如果停车位足够大，纯电动卡车也能使用现有充电站。另一方面，燃料电池卡车迄今为止还处于测试阶段(由两家制造商提供)，尚未进入商业化阶段。 受重型汽车雄心勃勃的二氧化碳减排目标的影响，许多车企纷纷推出新的电动卡车车型:已公布的中型货车(总重量3.5 - 12吨)车型超过100款，重型货车(总重量12吨以上)车型超过50款。这些卡车将基本上是第一代纯电动卡车，其中中型货车的续航里程为250公里，重型货车的续航里程为300公里。 第一代纯电动卡车，可用于城市运输，在限制车辆重量和负载的情况下，每年行驶距离可达5万公里(图1)。目前纯电动卡车的挑战是长途(平均每年10万公里)和重载场景(每公里能耗高)。 这是氢能卡车经常讨论的场景。几家卡车制造商以及燃料电池和基础设施供应商已经联手宣布了到 2030年在欧洲道路上投放 100,000辆燃料电池卡车的目标，但与与公司宣布的最早在2027年量产氢能卡车的日期相比，2030的目标似乎不太可能实现。而且，届时第二代纯电动汽车将已经商用并投入运营。
图2 建议的欧洲卡车兆瓦充电站位置 注：该地图显示了一个可能的公共兆瓦充电站网络，其充电站位于欧洲主要高速公路沿线，每站间隔 50 公里。圆圈的大小表示到 2030 年或不久之后每个地点可能需要的兆瓦充电器的数量——这取决于纯电动卡车的未来市场份额。 尽管未来电池有降本潜力，能源密度有提高的潜力，但长途运营，即每天超过500公里的场景，对重型纯电动卡车来说仍是一个挑战。然而，根据欧洲法规，在连续驾驶4.5小时后，必须强制休息至少45分钟。4.5小时内，重型卡车可以旅行大约400公里，因此约450公里实际续航里程已经满足使用需求。如果大功率快速充电纯电动卡车被广泛使用，在800KW的超级充电桩帮助下，重型卡车可在45分钟内补充续航400公里。 目前的快速充电标准(组合充电系统)最大功率高达350KW，同时一个新的兆瓦充电系统标准正在开发中，它将允许以超过2兆瓦的功率进行充电；该标准预计将于2022年底公布，最终标准将于2023年出台。卡车制造商正推动在欧洲建设一个兆瓦级别的充电网络，并规划了快充站的地点。欧洲的一项基础设施提案草案建议，沿主要公路网络每隔50公里建设一个大功率充电器(图2)。在电动道路系统中，卡车在高速公路上行驶时通过架空线路或在公路上充电，这种系统也正在欧洲的公共道路上进行测试，可以支持在主要高速公路上的长途纯电动卡车边跑边充，在休息时间无需充电。 三、费用关于未来能源技术的广泛讨论往往集中在技术上可行的问题上，而不是与技术相关的成本上。这往往是误导，因为在许多历史案例中，成本才是关键，而不是技术。技术开发和降低成本的潜力经常被低估。例如，目前还没有技术问题会阻碍一辆续航里程为1000公里的纯电动汽车的生产：仅仅在汽车中安装更多的电池就可以实现。但目前的电池价格将使其成本过高。因此，从长远来看，成本是决定性的。 有研究表明，拥有燃料电池卡车的总成本将高于基于兆瓦级充电网络的纯电动卡车。物流是成本驱动的行业，因此即使燃料电池汽车被广泛使用，电池汽车仍可能占据主导地位。至于基础设施，目前还不清楚加氢站或兆瓦充电站中谁的总成本会更低。 有些应用场景具有非常高的能量密度需求或很低的成本敏感度，如偏远地区的重型运输或超大、极重货物的运输。此时，运输任务的完成几乎不需要考虑运行成本。但问题依然存在：这些小众领域是否足够大到能够维持燃料电池卡车及其基础设施所需的商业化规模？此外，根据市场规模的具体大小，生物燃料或可再生合成燃料可能在2030年后在碳中性的要求下推广应用。 四、展望 能源转型需要氢，除了公路运输，还有许多相关应用，包括航空、航运和钢铁制造。但是，为氢能乘用车建立相关市场份额的机会之窗已经关闭。 对于卡车来说，运营成本比乘用车更重要，这使得燃料电池电动卡车的使用用例可能更小。如果卡车制造商不尽快开始大规模生产燃料电池卡车以降低成本，那么此类车辆将永远不会在低碳公路运输中取得成功。 政策制定者和从业人员需要迅速决定燃料电池卡车的基本市场是否足够大到支持氢技术的进一步发展，或者考虑是否到了减少他们的损失并集中精力向其他技术方向发展的时候。 |
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