氫能的春天來了?
編譯 | 楊玉科
編輯 | 李國政
出品 | 幫寧工作室(gbngzs)
它時而被贊譽為“魔力”解決方案,時而被嘲笑為無法企及的“烏托邦”,時而又被擁抱為“地球保護計劃”。
它就是氫能。因排放物只有水,幾十年來,氫能一直被標榜為近乎奇跡的燃料?苹眯≌f之父儒勒·凡爾納(Jules Verne)在他1874年的小說《神秘島》中描述道,有朝一日“水將被用作燃料”,氫和氧將“提供取之不竭的熱和光來源”。
近150年后的今天,氫能的應(yīng)用不再局限于科幻小說中。不過,盡管氫能的生產(chǎn)過程涉及的化學(xué)反應(yīng)很簡單,但它能否成為改變社會的能源仍是未知數(shù)。
作為一種豐富且無污染的能源,氫能被許多人認為在交通及其他領(lǐng)域擁有誘人的潛力。經(jīng)過幾十年的試點項目和零星部署,氫能似乎接近經(jīng)濟可行性和廣泛使用的邊緣。
如今,由于氣候變化和地緣政治不穩(wěn)定,氫能的高光時刻似乎終于到來。面對氣候變化這一全球性挑戰(zhàn),以及人們對能源獨立日益強烈渴望的雙重刺激下,各國政府和跨國公司開始投入數(shù)十億美元,希望開創(chuàng)一個氫能源時代。
▍能源危機推動氫能研究
博世燃料電池工程經(jīng)理馬特·所林頓(Matt Thorington)表示:“終于要發(fā)生了。”到2030年,博世將在氫能生產(chǎn)技術(shù)上投資至多5.91億美元。
根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù),交通運輸業(yè)占美國溫室氣體排放的27%,比其他任何行業(yè)都多。美國對抗交通運輸領(lǐng)域碳排放的主要努力,集中在純電動汽車和政府支持的電動汽車生態(tài)系統(tǒng)上。
但這也許還不夠。
安永會計師事務(wù)所(Ernst & Young)全球移動出行分析師克里斯汀·林蘭(Kristin Ringland)認為,在有些領(lǐng)域,電池可能不是最好的選擇。
盡管目前還沒有達成共識,但越來越多的行業(yè)分析師和科學(xué)家認為,要在2050年實現(xiàn)零排放的目標,交通運輸業(yè)將需要純電動汽車和氫動力汽車。
作為洛斯阿拉莫斯國家實驗室的項目經(jīng)理,羅德·伯魯普(Rod Borup)表示:“我們認為,沒必要非此即彼,我們希望它‘共存’。”
許多汽車行業(yè)氫能和燃料電池的努力都始于洛斯阿拉莫斯,這個實驗室因氫彈的開發(fā)而聲名鵲起,博魯普現(xiàn)在負責該實驗室運行時間最長的非武器項目。
1973、1974年,石油輸出國組織禁止向部分國家出口石油并削減石油產(chǎn)量,美國遭受經(jīng)濟沖擊,汽油極度匱乏,對氫能的努力自此開始。
1977年,聯(lián)邦法律設(shè)立美國能源部,部分原因就是為了應(yīng)對那次能源危機。各種不同的研究項目進入了國家實驗室的權(quán)限范圍,在洛斯阿拉莫斯實驗室,當年從亞利桑那大學(xué)畢業(yè)3年的年輕科學(xué)家拜倫·麥考密克(Byron McCormick)建立了氫能和燃料電池技術(shù)實驗室。
這是一個偶然天成的時機。美國能源部對太陽能、風能、先進電池和燃料電池進行了研究。雖然花了幾十年的精力,但換來了這些技術(shù)的成熟,F(xiàn)年76歲的麥考密克說:“所有這些都是從上世紀70年代就開始啟動了。如果不是石油禁運,這些研究可能不會開展!
麥考密克后來成為通用汽車的高管,在那里建立了通用汽車的全球替代驅(qū)動中心(Global Alternative Propulsion Center),專注于氫能和燃料電池技術(shù),直到2009年退休。
他的工作開始生根發(fā)芽。2021年6月,通用汽車啟動了一項350億美元的投資,反映了雙重碳減排戰(zhàn)略。該公司正在推出一個完整的純電動乘用車和商用車系列。同時這筆資金還支持通用Hydrotec系統(tǒng)用于卡車、火車和飛機的燃料電池的開發(fā)。
▍從卡車開始
行業(yè)專家認為,鐵路和航運是氫燃料電池的最佳選擇,但在地面交通中,氫能適合哪個領(lǐng)域還不太確定。
預(yù)計長途卡車運輸具有潛力。根據(jù)美國環(huán)保署的數(shù)據(jù),中型和重型卡車消耗了美國26%的運輸燃料。在燃料電池領(lǐng)域,氫能提供的能量密度具有優(yōu)勢。氫能的燃料補充時間短,而且相對于電動汽車,其自體重量要小。
重型電池會消耗有效載荷,這對長途卡車運輸來說是一個問題,因為這會降低利潤。北美貨運效率委員會執(zhí)行董事邁克爾·羅斯(Michael Roeth)表示,由于重量差異,在350英里的里程中,一輛燃料電池卡車可以裝載約3.8萬磅貨物,而一輛純電動卡車只能裝載3.3萬磅貨物。
盡管燃料電池卡車比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機卡車重,聯(lián)邦政府對零排放卡車的載重限額為2000磅,這使得燃料電池卡車的載重能力與柴油卡車相當。
就總成本而言,燃料電池供應(yīng)商Ballard估計,在區(qū)域運輸場景下,電池電動卡車的總成本將為434381美元,一輛類似的燃料電池卡車售價為414367美元,柴油卡車的價格與后者相當。
2021年9月,美國國家可再生能源實驗室的一項分析給出了喜憂參半的結(jié)果,它支持了“兩種技術(shù)都有發(fā)展空間”的觀點。研究表明,在特定的商業(yè)場景和路線距離下,兩種動力系統(tǒng)都可能具有成本優(yōu)勢。
燃料價格是一個很大的變數(shù)。總的來說,該實驗室的研究人員表示,在較短里程情況下,電動動力系統(tǒng)可能是最好的。報告稱,到2025年,這兩種技術(shù)最就可以在成本上與柴油卡車競爭。
現(xiàn)代汽車集團支持的新墨西哥州氫燃料初創(chuàng)公司Pajarito Powder,其聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆·斯蒂芬森(Tom Stephenson)表示:“經(jīng)驗之談是,現(xiàn)在的柴油領(lǐng)域,將來會看到氫燃料電池;現(xiàn)在的汽油領(lǐng)域,將來會看到電動電池!
并非所有人都信服。當約翰·亨利·哈里斯(John Henry Harris)在2021年7月聯(lián)合創(chuàng)立中型卡車初創(chuàng)公司Harbinger時,他選擇從零開始生產(chǎn)一輛專用汽車。但他很快就對氫能這個潛在的選擇失去了興趣。
“當實際觀察這兩種解決方案的成熟度時,我們看到了一個數(shù)量級的差異,”哈里斯說,“在過去的兩年里,我們可以很輕松地建造一個電動平臺。但如果換作氫燃料汽車,我們要做到這個水平,差得還很遠!
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