汽车领域是重要的能源消耗和碳排放来源,其中重型卡车碳排放量占汽车排放总量近一半,是“排碳大户”。推广氢燃料电池重卡是一种较优的降碳减排方案,当前,氢能重卡商业化推广仍然存在购车成本高、加氢贵、储运难三大瓶颈。
发展氢燃料重卡将成为减碳突破口
“1辆49吨柴油重卡排放的二氧化碳相当于40辆小轿车的排放量。”据上海交通大学原校长、中国工程院院士林忠钦介绍,截至2021年底,我国汽车保有量3.02亿辆,其中重卡850万辆,仅占汽车总数2.8%,但其二氧化碳的排放量占汽车排放总量的47%。
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氢气的热值约是石油的3倍,是常见燃料中最高的,且排放产物只有水,比纯电动效率更高且具备重载长续航优势。在油电混合、纯电动、燃料电池等新能源汽车尤其是重卡中,氢燃料电池将成为理想动力源,其对燃油的替代有望成为重卡减碳的重要方案。
2022年7月5日,北京市首批40辆氢燃料重卡落地大兴区,正式交车投入沥青混凝土供料运输(图片来源:视觉中国)
据中国科学院院士李灿介绍,通过化石能源生产氢气是当前主流制氢方式,生产成本较低,技术较为简单,但在生产过程中会有二氧化碳等排放。使用可再生能源制造的氢气在生产过程中则完全没有碳排放。国家层面初期可以先上马煤制氢产业,形成商业模式,鼓励氢能发展、完善产业结构,进而慢慢扶持“绿氢”的发展壮大。
李灿认为,若用“绿氢”作为动力燃料推广氢能重卡,整个过程不排放碳、硫、氮的氧化物及颗粒物等污染物,相较柴油重卡能有效缓解污染排放的问题。此外,氢能重卡技术成熟,相较电能重卡不论马力还是续航里程等都具有一定优势。
氢能重卡市场或迎来爆发期
我国通过鼓励科研创新、财政补贴、示范运行等方式支持氢能发展,氢能及燃料电池产业已形成完整产业链。北京、上海、广东等示范区和山西、内蒙古、陕西等非示范区,都在积极推广氢燃料电池汽车。目前,全国已累计推广氢燃料电池汽车超过1万辆,其中商用车约占近一半。国家发改委、国家能源局于2022年3月联合印发《氢能产业发展中长期规划》,提出到2025年我国氢能源车保有量要达到5万辆。
山西是煤炭大省,炼焦煤保有量占全国60%,通过焦炉煤气等工业副产品制氢资源丰富。山西也是货运大省,用于运输的重卡数量多。“重卡应用场景具有定点、高频、线路固定特点,加氢站布局相对容易。”林忠钦认为,山西的煤焦铝冶电产业可以带动40万辆重卡的应用场景。再加上氢能源丰富,若以山西为试点推广氢燃料电池重卡具有多重优势和意义。
晋南钢铁集团有限公司是山西省氢能产业链“链主”企业之一,利用焦炉煤气制氢,可将氢气送至高炉实现氢能炼铁,同时建设加氢站供企业300多辆氢能重卡使用。公司总裁张天福说:“氢能重卡配套铁路运输,使公司实现了物流体系的百分百清洁运输。”
山西省以吕梁市为代表致力于构建制氢、储氢、运氢、加氢以及氢能源应用的完整产业链,打造北方氢能产业基地,也涌现出一批有发展潜力的龙头企业。2022年9月,由申能(集团)有限公司和山西鹏飞集团有限公司共同研发的额定功率250千瓦的氢燃料电池发动机系统(单堆),可以满足49吨以上重型卡车长途高速应用场景的动力需要,氢耗降低15%的同时续航里程提升18%。
购车、加氢、储运环节存在堵点
由于当前加氢基础设施和氢燃料电池汽车的技术尚不成熟,整车购置成本仍然较高。林忠钦说,普通的燃油燃气车的购置成本大概是每辆35万元到40万元。2019年,49吨氢能重卡每辆售价约180万元,目前虽已降至150万元,但仍是柴油重卡的近4倍,极大限制了氢能重卡的推广。
加氢成本高。中国工程院院士彭苏萍表示,国内氢气加注价格普遍在每千克55元左右,示范区补贴后也在每千克35元左右,氢燃料成本是同类型柴油重卡的2至3倍。
在北京、上海等城市没有工业副产氢,电解水制氢的成本在每千克40元左右。山西焦炉煤气制氢成本在每千克10元左右,制氢成本相对较低。氢气燃料的成本如果能降到每千克25元左右就和燃油燃气基本持平,而目前制氢和储运氢的成本加在一起达到每千克50元以上。
2021上海车展,格罗夫正式发布全新氢燃料商用车(图片来源 :视觉中国)
储运成本高。推广氢能重卡面临的另外一个困难是加氢站数量不够、覆盖不广,根源在于氢气储运成本太高。氢气的储运主要有3种技术方式,但都不太理想,低温储氢不经济,高压气态储氢密度低,化学储氢技术不成熟。李灿说,大概估算,使用高压储气罐运输氢,每运输100公里里程,氢的成本将翻一倍。
“我们希望能让氢能重卡走得更远。”张天福说,氢气储运成本高,缺少足够的加氢站,氢能重卡行驶到150公里就得返程,因此要逐步在全省布局完善加氢网。
氢能重卡市场推广仍需“爬坡过坎”
——政策倾斜,通过规模化生产起到降本效果。上海氢晨新能源科技有限公司董事长易培云建议,要把力量都聚集到像山西这样的氢资源富集区,在氢能重卡发展起步阶段给予一些政策扶持,加大下游应用推广。规模化的客户资源将给氢燃料电池汽车的应用带来规模效应,降低系统成本。
——继续加大资金支持,创新补贴模式。林忠钦介绍,氢能重卡全生命周期的成本约402万元,是燃油重卡的1.7倍,仍需要政府资金补贴支撑。同时,创新补贴模式,一是国家示范城市群补贴模式,国家对车辆购置和氢气价格进行财政补贴;二是风光电资源补贴模式,政府将部分风光电发电收益用于补贴氢能;三是低成本氢的纯商业化模式,通过氢资源富集区运营收益补贴购置成本。
——加大研发力度,探索降本新路径。李灿建议,推广液态阳光甲醇的模式解决氢气储运难题,液态甲醇作为氢气的储存载体,运输、储存方便,安全且经济实惠,到加氢站通过对甲醇分离纯化方式提取氢气,用多少提取多少。经评估,运输甲醇比运氢成本至少便宜50%,如果几百公里以上的长途运输,成本可能相差10倍以上。这项技术已经被成功运用在2022北京冬奥会张家口赛区的液态阳光加氢站示范项目,可灵活调整产能,实现氢气的现产现用。
——利用碳积分、碳税杠杆调节成本效益。“低能耗企业通过出售碳积分得到可观收入。”林忠钦说,要逐渐加大碳税力度,尽快完善普及碳积分制度,通过税收手段提供具有成本效益的杠杆,引导市场参与者走向低碳生产。
半月谈记者:张磊/编辑:尤立
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