氢是宇宙中最丰富的元素,越来越多地与电动汽车一起被视为减缓地球上 12 亿辆汽车(其中大部分使用汽油和柴油)对环境造成破坏的一种方式。大型卡车和商用车的制造商开始采用氢燃料电池技术作为前进的方向。飞机、火车和乘用车的制造商也是如此。
交通是美国气候变化的最大单一贡献者,这就是为什么从长远来看氢能被视为有助于减少碳排放的潜在重要方式。
可以肯定的是,氢仍然远不是一个神奇的解决方案。目前,全球每年生产的氢气主要用于炼油厂和化肥制造,是使用天然气或煤炭制造的。这个过程污染了空气,使地球变暖而不是拯救它。事实上,康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员进行的一项新研究发现,大多数氢气生产都会排放二氧化碳,这意味着氢燃料运输尚不能被视为清洁能源。
然而,氢动力运输的支持者表示,从长远来看,氢生产注定会变得更加环保。他们设想越来越多地使用风能和太阳能,这可以分离水中的氢和氧。随着此类可再生能源得到更广泛的使用,制氢应该成为一种更清洁、成本更低的过程。
三年内,通用汽车、Navistar 和卡车运输公司 JB Hunt 计划在美国的几条高速公路上建造加油站和运行氢气卡车。丰田、肯沃斯和洛杉矶港已经开始测试氢气卡车,以将货物从船上运送到仓库。
沃尔沃卡车、戴姆勒卡车股份公司和其他制造商也宣布建立合作伙伴关系。这些公司希望将他们的研究商业化,提供零排放卡车,既省钱又符合更严格的污染法规。
在德国,氢动力列车于 2018 年开始运营,而且还会有更多列车。总部位于法国的空中客车公司,世界上最大的客机制造商,也在考虑使用氢气。
卡内基梅隆大学机械工程教授肖恩·利斯特 (Shawn Litster) 研究氢燃料电池近 20 年,他说:“这是我见过的最接近真正转折点的时刻。”
长期以来,氢气一直是生产化肥、钢铁、石油、混凝土和化学品的原料。多年来,它也一直在运行车辆:美国约有 35,000 辆叉车,约占全国总数的 4%,由氢气提供动力。它最终在道路上用于运输重载货物,可能会开始取代燃烧柴油的污染者。
没有人知道氢何时,甚至是否会被广泛使用。丰田北美先进技术负责人克雷格斯科特表示,该公司可能需要两年时间才能准备好出售氢气卡车。建造更多的加油站对于广泛采用至关重要。
自 2009 年以来一直担任广州交通管理局首席执行官的 Kirt Conrad 表示,其他交通系统对这项技术表现出极大的兴趣,以至于 SARTA 将其巴士带到全国各地进行示范。Canton 的系统于 2016 年购买了前三辆氢气巴士,此后又增加了 11 辆。它还建造了一个加油站。“我们已经证明我们的巴士可靠且具有成本效益,因此,我们正在打破阻碍该技术更广泛采用的障碍,”康拉德表示。
洛杉矶港的测试于 4 月开始,当时使用丰田氢动力系统的五辆半车中的第一辆开始将货物运送到约 60 英里外的加利福尼亚州安大略的仓库。这是个耗资 8250 万美元的公私合作项目。
氢燃料计划包括在拜登总统的 2030 年将排放量减少一半的计划中。参议院本周通过的基础设施法案包括 90 亿美元用于研究以降低制造清洁氢的成本,以及用于区域氢制造中心。
长途卡车运输行业似乎是尽早采用氢气的最佳选择。燃料电池将氢气转化为电能,提供比电池电动卡车更长的续航里程,在寒冷天气中表现更好,并且可以比电池充电快得多。支持者表示,氢燃料汽车的加油时间短,这使他们比用于出租车或送货卡车的电动汽车更具优势,后者一直在使用。
这一优势对于总部位于伦敦的 Green Tomato Cars 非常重要,该公司在其 500 辆汽车零排放车队中使用60辆氢燃料电池驱动的丰田Mirai汽车来运输企业客户。联合创始人乔尼戈德斯通说,他的司机可以开着油箱行驶 300 多英里(500 公里),并在三分钟内加油。
由于司机的收入取决于票价,戈德斯通说,“如果他们必须在工作日中间花费 40、50 分钟、一个小时、两个小时来给汽车充电,这对他们来说是不可接受的。”目前,Green Tomato 是欧洲仍然很小的市场上最大的氢动力汽车运营商之一,大约有 2,000 辆燃料电池汽车、垃圾车和送货车上路。
大约有 7,500 辆氢燃料电池汽车在美国上路,其中大部分在加利福尼亚州。丰田、本田和现代生产这些汽车,其价格比汽油动力汽车高出数千美元。加州有 45 个公共加油站,还有更多计划或正在建设中。
与公共汽车和重型卡车不同,专家表示,美国乘用车的未来主要依靠电池供电,而不是氢气。使用相对较小的电池,全电动汽车可以行驶的距离比大多数人需要的更远。
就目前而言,氢气生产正在增加而不是减少污染。世界每年生产约 7500 万吨,其中大部分是在涉及天然气蒸汽重整的碳排放过程中产生的。中国使用高污染煤。由天然气制成的所谓“蓝色”氢气需要一个额外的步骤。在这个过程中排放的二氧化碳被送到地表以下进行储存。康奈尔大学和斯坦福大学的研究发现,制造蓝色氢排放的碳比燃烧天然气或煤炭取暖多 20%。
这就是行业研究人员专注于电解的原因,它使用电力来分离水中的氢和氧。氢气与车辆燃料电池中的氧气混合以产生动力。生产电解槽和燃料电池动力系统的康明斯氢技术总监乔·卡格内利 (Joe Cargnelli) 表示,风能和太阳能发电量在全球范围内不断增长,使电解更清洁、更便宜。
目前,制造氢气卡车和生产燃料的成本比将柴油动力卡车上路的成本更高。在加利福尼亚州,氢气的成本约为每公斤13美元,而1公斤可以提供比一加仑柴油略多的能量。相比之下,柴油在美国每加仑仅约 3.25 美元。但专家表示,差距将会缩小。“随着他们扩大生产技术,氢气应该会减少,”卡内基梅隆大学的 Litster 说。虽然柴油半挂车的价格取决于它的装备方式,但其成本约为 150,000 美元,但目前尚不清楚燃料电池卡车的成本。Nikola 是一家初创的电动和氢燃料电池卡车制造商,去年估计,它每售出一个氢半成品,将获得约 235,000 美元。清洁电力最终可能用于在铁路站场制造和储存氢气,在那里它可以为机车和半成品加油,所有这些都是零排放的。
康明斯预计到 2030 年,氢将在美国广泛使用,这将受到更严格的柴油排放法规和政府零排放车辆要求的推动。欧洲已经制定了雄心勃勃的绿色氢目标,旨在加速其使用。Cargnelli 说:“这只会打开市场并推动它。然后你会看到北美等其他地方效仿。”