氢能

氢能重卡能否破解柴油车污染顽疾?

2020-08-05 09:54:54 中国能源报 作者:朱妍

氢能重卡兼具清洁性、可行性

在京津冀及周边地区、汾渭平原等重点区域,柴油车污染是长期存在的突出问题。按照生态环境部、国家发改委等10部委及中国铁路总公司联合印发的《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》,到2020年,排放达标率要实现明显提高,初步形成绿色低碳、清洁高效的交通运输体系。

除了对现有车辆实施清洁改造、环保升级,能否从源头直接杜绝排放?日前,中国工程院院士干勇就此提出“柴改氢”的思路,建议开创氢能“重卡时代”,优先发展氢能源商用物流车。“我国氢能发展目前主要靠交通领域应用带动,氢能及燃料电池相关技术取得了快速发展。在重型柴油车密集的港口、码头、工业园区等区域,改用氢能重卡替代柴油车,既可减轻污染排放压力,也具备实现规模效益的可能性。”

生态环境部发布的《中国移动源环境管理年报(2019)》显示,汽车是移动源污染排放的主要贡献者。其中,柴油货车使用强度高、单车排放大,保有量只占全国总量的7.9%,一氧化碳、碳氧化合物、氮氧化物及颗粒物(下称“四种污染物”)的排放量,却分别占到汽车排放总量的10%、18.8%、60%与84.6%以上。

“在港口、码头、工业园区等特殊区域,重型柴油车密集,尾气排放对雾霾颗粒物的贡献达到77.8%以上。”干勇称,上述区域应率先考虑使用氢能重卡。

选择氢能重卡作为“替代者”,首先源于其清洁性。中科院大连化学物理研究所燃料电池部部长邵志刚表示,从原理来看,车辆所用的氢燃料电池与汽车内燃机类似,只需保持氢与氧的供应,即可源源不断产生电能。烧的是氢、产出的是电、排出水,无需经过“燃烧”环节,没有氮氧化物等污染物,更不用担忧尾气排放等。

同时,氢燃料汽车更适合长距离、重载量的物流运输,在上述区域具备应用基础。干勇说,港口货物吞吐量大、往来密集,柴油车数量多且使用频率高。若改为氢能重卡,氢能消耗量大,便于集中布局大型加氢站,可有效降低加氢等运营成本。此外,沿海港口附近多建有大型钢铁及联产焦化企业,副产氢来源有保障,加上便捷的交通条件,氢源运送便利,也易于规划建设氢能输送网络,可进一步提高氢能综合利用的经济效益。

“应用氢能重卡,将使港口从雾霾重灾区变为清洁示范区,大大减轻污染压力。以唐山为例,当地钢铁产能超过1亿吨,占河北省的55%,煤炭、铁矿石及钢铁等物品运输总量约6亿吨/年。全市炼焦产能约为3600万吨,可提纯氢气约50亿立方米,足够供应3万辆重卡。若全部实施柴改氢,四种污染物的减排量,分别占当地机动车总排放的6.5%、12%、36%和55%。”干勇称。

性能要求严,目前替代成本偏高

记者还了解到,由于汽运行业存在大量个体从业者,每辆柴油货车就对应1个家庭,每两辆车可能就是一家个体运输企业。在替代过程中,成本是又一个关键因素。使用者可否承受?

中国工程院院士、氢能与燃料电池重大咨询项目负责人彭苏萍表示,燃料电池车用氢成本需控制在40元/公斤,才能真正具备竞争力。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为,氢燃料终端消费价格降至每公斤30元,才能与柴油重卡竞争。而据多位人士证实,现阶段,实际成本还达不到上述水平。

佛山科学技术学院副研究员赵吉诗告诉记者,氢能重卡的载重量往往高达数10吨,运输单程动辄数百、上千公里,应用场景较为复杂。相比客车、轿车等其他类型的燃料电池汽车,其对寿命、功率、电堆、动力系统等要求更高,稳定性、可靠性也需更有保障。“若将抬高的成本转嫁到运营者或企业身上,对方一定难以接受。在现行条件下,成本仍是氢能重卡推广的一道门槛。”

另有专家表示,局限不仅在于车辆自身。氢能重卡的动力系统功率大,导致氢耗较高,需配备更大密度的储氢装置。但受到储氢技术整体发展制约,车载储氢瓶目前还不能满足运营需求,成本相对偏高。“由于氢能重卡的用氢量大,氢气使用成本在运营中占比较大,必须保证氢气供应、储运的经济性。”

干勇认为,在提升技术、装备水平的同时,通过规模效益,可以使氢能重卡的运营成本降至与柴油货车相当的水平,降成本具备可行性。“按照每车运输30吨货物、运距1000公里计算,单车次消耗柴油250公斤。以国内主要海港的运量为基数,一个月60%的货物由公路运输,估算约1600万车次,消耗柴油400万吨,折算氢气为240万吨/月。短途运输可改用铁路,最终解决方案还是柴改氢。”

提升全产业链技术的经济性

根据国际氢能理事会预测,到2030年,氢能将为大约1000万-1500万辆汽车及50万辆卡车提供动力。不同于韩国、日本等国,以乘用车作为当前销售的主要增量,我国燃料电池汽车主要是商用车。在多家企业,氢能重卡已被列为重点发展对象。

山东重工集团董事长、潍柴动力董事长谭旭光认为,山东作为产氢大省,废氢、可回收的氢每年约有100万吨,至少可支撑10-12万辆氢燃料汽车运行。而山东又是一个高速公路物流枢纽的聚集地,基于现有技术的场景应用及成本的现实性,潍柴集团确立了在200公里以内投放氢燃料电池车的计划。经过近10年思考,重型车一定要走燃料电池路线,在城市间和中长途车上,氢燃料电池有望快速发展。目前,集团的燃料电池发动机功率达到150千瓦,并应用在重型汽车上,两万台套燃料电池基地已示范投产。

“综合来看,氢燃料电池动力系统更适合长途、大型高速重载车辆替代柴油机,市场竞争力主要在温度较低的北方地区。此外,轮船、飞机、作业机械等都是柴油机,用途极其广泛。”欧阳明高提出,氢能进一步发展的关键,在于燃料电池全产业链技术经济性。

上述专家也称,氢能重卡发展与技术成熟度密切相关,目前符合其系统性能的大功率燃料电池技术仍待完善,成本也因此下不来。实现氢能重卡批量化生产及示范运营,不仅要解决成本问题,技术可靠性也要在测试中不断提升。

在赵吉诗看来,技术及成本问题尚未突破之前,短期可考虑补贴、奖励等方式,激发使用积极性。“相比柴油货车,氢能重卡的用户需付出更高成本。比如能不能像碳市场一样,少排放可获益、多排放有成本,让那些为减排作出贡献的人获得相应鼓励,在一定程度上弥补成本上升。”

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