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氢能的春天来了?

时间:2022-11-08 20:16:38 来源:

编译 | 杨玉科

编辑 | 李国政

出品 | 帮宁工作室(gbngzs)

它时而被赞誉为“魔力”解决方案,时而被嘲笑为无法企及的“乌托邦”,时而又被拥抱为“地球保护计划”。

它就是氢能。因排放物只有水,几十年来,氢能一直被标榜为近乎奇迹的燃料。科幻小说之父儒勒·凡尔纳(Jules Verne)在他1874年的小说《神秘岛》中描述道,有朝一日“水将被用作燃料”,氢和氧将“提供取之不竭的热和光来源”。

近150年后的今天,氢能的应用不再局限于科幻小说中。不过,尽管氢能的生产过程涉及的化学反应很简单,但它能否成为改变社会的能源仍是未知数。

作为一种丰富且无污染的能源,氢能被许多人认为在交通及其他领域拥有诱人的潜力。经过几十年的试点项目和零星部署,氢能似乎接近经济可行性和广泛使用的边缘。

如今,由于气候变化和地缘政治不稳定,氢能的高光时刻似乎终于到来。面对气候变化这一全球性挑战,以及人们对能源独立日益强烈渴望的双重刺激下,各国政府和跨国公司开始投入数十亿美元,希望开创一个氢能源时代。

▍能源危机推动氢能研究

博世燃料电池工程经理马特·所林顿(Matt Thorington)表示:“终于要发生了。”到2030年,博世将在氢能生产技术上投资至多5.91亿美元。

根据美国环保署的数据,交通运输业占美国温室气体排放的27%,比其他任何行业都多。美国对抗交通运输领域碳排放的主要努力,集中在纯电动汽车和政府支持的电动汽车生态系统上。

但这也许还不够。

安永会计师事务所(Ernst & Young)全球移动出行分析师克里斯汀·林兰(Kristin Ringland)认为,在有些领域,电池可能不是最好的选择。

尽管目前还没有达成共识,但越来越多的行业分析师和科学家认为,要在2050年实现零排放的目标,交通运输业将需要纯电动汽车和氢动力汽车。

作为洛斯阿拉莫斯国家实验室的项目经理,罗德·伯鲁普(Rod Borup)表示:“我们认为,没必要非此即彼,我们希望它‘共存’。”

许多汽车行业氢能和燃料电池的努力都始于洛斯阿拉莫斯,这个实验室因氢弹的开发而声名鹊起,博鲁普现在负责该实验室运行时间最长的非武器项目。

1973、1974年,石油输出国组织禁止向部分国家出口石油并削减石油产量,美国遭受经济冲击,汽油极度匮乏,对氢能的努力自此开始。

1977年,联邦法律设立美国能源部,部分原因就是为了应对那次能源危机。各种不同的研究项目进入了国家实验室的权限范围,在洛斯阿拉莫斯实验室,当年从亚利桑那大学毕业3年的年轻科学家拜伦·麦考密克(Byron McCormick)建立了氢能和燃料电池技术实验室。

这是一个偶然天成的时机。美国能源部对太阳能、风能、先进电池和燃料电池进行了研究。虽然花了几十年的精力,但换来了这些技术的成熟。现年76岁的麦考密克说:“所有这些都是从上世纪70年代就开始启动了。如果不是石油禁运,这些研究可能不会开展。”

麦考密克后来成为通用汽车的高管,在那里建立了通用汽车的全球替代驱动中心(Global Alternative Propulsion Center),专注于氢能和燃料电池技术,直到2009年退休。

他的工作开始生根发芽。2021年6月,通用汽车启动了一项350亿美元的投资,反映了双重碳减排战略。该公司正在推出一个完整的纯电动乘用车和商用车系列。同时这笔资金还支持通用Hydrotec系统用于卡车、火车和飞机的燃料电池的开发。

▍从卡车开始

行业专家认为,铁路和航运是氢燃料电池的最佳选择,但在地面交通中,氢能适合哪个领域还不太确定。

预计长途卡车运输具有潜力。根据美国环保署的数据,中型和重型卡车消耗了美国26%的运输燃料。在燃料电池领域,氢能提供的能量密度具有优势。氢能的燃料补充时间短,而且相对于电动汽车,其自体重量要小。

重型电池会消耗有效载荷,这对长途卡车运输来说是一个问题,因为这会降低利润。北美货运效率委员会执行董事迈克尔·罗斯(Michael Roeth)表示,由于重量差异,在350英里的里程中,一辆燃料电池卡车可以装载约3.8万磅货物,而一辆纯电动卡车只能装载3.3万磅货物。

尽管燃料电池卡车比传统的内燃机卡车重,联邦政府对零排放卡车的载重限额为2000磅,这使得燃料电池卡车的载重能力与柴油卡车相当。

就总成本而言,燃料电池供应商Ballard估计,在区域运输场景下,电池电动卡车的总成本将为434381美元,一辆类似的燃料电池卡车售价为414367美元,柴油卡车的价格与后者相当。

2021年9月,美国国家可再生能源实验室的一项分析给出了喜忧参半的结果,它支持了“两种技术都有发展空间”的观点。研究表明,在特定的商业场景和路线距离下,两种动力系统都可能具有成本优势。

燃料价格是一个很大的变数。总的来说,该实验室的研究人员表示,在较短里程情况下,电动动力系统可能是最好的。报告称,到2025年,这两种技术最就可以在成本上与柴油卡车竞争。

现代汽车集团支持的新墨西哥州氢燃料初创公司Pajarito Powder,其联合创始人汤姆·斯蒂芬森(Tom Stephenson)表示:“经验之谈是,现在的柴油领域,将来会看到氢燃料电池;现在的汽油领域,将来会看到电动电池。”

并非所有人都信服。当约翰·亨利·哈里斯(John Henry Harris)在2021年7月联合创立中型卡车初创公司Harbinger时,他选择从零开始生产一辆专用汽车。但他很快就对氢能这个潜在的选择失去了兴趣。

“当实际观察这两种解决方案的成熟度时,我们看到了一个数量级的差异,”哈里斯说,“在过去的两年里,我们可以很轻松地建造一个电动平台。但如果换作氢燃料汽车,我们要做到这个水平,差得还很远。”


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