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為什么每個人都在談論氫?
如果氫燃料是未來，那么它已經存在了很長一段時間。1874年，科幻小說作家儒勒·凡爾納提出了一個有先見之明的觀點，認為氫是一種取之不盡用之不竭的能源，從此激勵了各國政府和企業(yè)家。
在20世紀70年代的石油危機期間，氫再次作為汽車的潛在替代燃料而浮出水面。2003年，喬治·布什在對氣候變化的第一波真正關注中宣布了氫燃料汽車。
如今，在凡爾納的著名小說《神秘島》問世147年后，在氣候挑戰(zhàn)從未如此緊迫的時代，氫再次成為人們關注的焦點。
大局及其重要性
2019年6月，英國成為第一個設定具有法律約束力的目標的主要經濟體，到2050年將其溫室氣體排放減至零。這將比1990年的水平下降約100%。
2021年3月，政府宣布我們已經實現(xiàn)了一半。這一里程碑是在2020年溫室氣體排放量創(chuàng)紀錄地下降11%之后達到的，主要是由于新冠肺炎大流行期間經濟活動的暫時減少。然而，這可能只是暫時的“短暫現(xiàn)象”，隨著經濟處于反彈過程，預計這一水平將再次上升。那么，我們如何確保自己走在正確的道路上呢?
英國最大的溫室氣體排放來源是交通運輸，約占27%。令人擔憂的是，到目前為止，交通運輸在減排方面也是表現(xiàn)最差的——與1990年的水平相比，僅減少了2%。盡管需要取得重大進展，但電動汽車幾乎占據(jù)了主導地位，這對替代能源造成了損害，比如氫燃料，它可以發(fā)揮強大的作用。為了改變這種狀況，英國政府最近宣布了1.71億英鎊的資金，用于九個項目的減排和開發(fā)全鏈氫項目，同時概述了一項計劃，將引入工業(yè)污染碳定價作為其氣候變化戰(zhàn)略的一部分。
簡單來說就是氫
氫是元素周期表中已知最輕的元素。它也是宇宙中最豐富的物質，幾乎占所有物質的90%。氫的用途非常廣泛，可以用來制造非常復雜的碳氫化合物分子，比如天然氣和石油等。氫的最大來源之一是水，水可以通過電分解成氫和氧，這個過程被稱為電解水。為了產生電力，氫和氧通過質子交換通過電化學電池，類似于電池。這一過程產生電流，少量熱量，并在過程中排出水，使其成為一種非常清潔的能源，零碳排放。
氫和乘用車
盡管電動汽車(ev)尚未完全成為主流，但制造商仍在根據(jù)政府規(guī)定不斷開發(fā)新車型，穩(wěn)步增加消費者需求，并加大對配套基礎設施的投資。2020年，純電動汽車(bev)和插電式混合動力汽車(phev)的銷量占全球汽車市場的4.2%，而2019年僅為2.5%。
氫燃料要想迎頭趕上，就需要巨大的政策支持，因為路上沒有足夠的車輛，沒有必要進行大規(guī)模的燃料站建設計劃。到目前為止，只有三款燃料電池汽車(FCEV)的乘用車存在于特定市場:豐田Mirai，現(xiàn)代Nexo和本田Clarity。由于缺乏投資和開發(fā)，與替代能源相比，汽車成本仍然很高，使得氫燃料對消費者的吸引力降低。顯然，純電動乘用車將是中短期的贏家。
那么，真正的問題是如何使市場上的大型汽車脫碳。我們有充分的理由認為，這些產品不太可能像小型產品那樣利用相同的電池技術，主要原因是電池的重量和體積都很大。然而，氫的使用在道路交通中發(fā)展迅速，特別是公共汽車和大型商用車輛。
我們來談談公共汽車
盡管取得了令人印象深刻的進步，公交車電池技術仍然不是最佳的，特別是由于較差的續(xù)航距離和在寒冷天氣下更快的電池放電。為了避免把所有的清潔能源雞蛋放在一個籃子里，英國一直在評估氫燃料電池作為替代能源。隨著一項新的國家戰(zhàn)略“巴士恢復得更好”，英國政府承諾停止銷售新的柴油巴士，并增加英國制造的零排放車型的銷量。作為這一舉措的一部分，Wrightbus計劃向英國引進3000輛氫燃料巴士，首批50輛很快將部署在幾個城市。
氫動力巴士的前期成本最初遠高于柴油或電動巴士，每輛都接近100萬英鎊。由于技術進步，價格已經顯著下降，因為早期部署與電力替代。由于氫燃料巴士能夠比同等的電池巴士儲存更多的能量，它們能夠服務更長的路線，并且可以在幾分鐘內補充燃料。與電池充電不同，電解對能源網絡的全天需求相對穩(wěn)定，需要對現(xiàn)有的基礎設施進行大量投資，以容納越來越多的公交車。到目前為止，這只可能在選定的站點。例如，阿伯丁的國王街車廠必須承擔一些重要的工作，從每個停車位的電氣點到預熱車輛，到屋頂傳感器繪制大氣中的氫水平，以及對車間的改造。要使這項技術在全國范圍內可行，需要大量投資。
氫和卡車
根據(jù)運輸與環(huán)境協(xié)會的數(shù)據(jù)，雖然卡車只占歐盟車輛總量的2%，但卻占了道路運輸碳排放的22%。歐洲卡車制造商同意共同努力，為氫燃料卡車的大眾市場推出創(chuàng)造合適的條件。依維科(Iveco)、戴姆勒(Daimler)和沃爾沃(Volvo)與能源公司殼牌(Shell)和OMV聯(lián)手組建了H2Accelerate，旨在幫助氫燃料卡車在非洲大陸取得突破。
與此同時，在瑞士，現(xiàn)代已經開始交付他們的XCIENT燃料電池汽車(fcev)，計劃到2025年推出1600輛卡車。這些卡車由190千瓦的氫燃料電池驅動，一次充電可行駛400公里。英國應該匹配這種雄心，發(fā)展基礎設施，支持大規(guī)模部署這項技術。
為了解決目前的“雞和蛋”問題，鼓勵氫供應和新型氫氣汽車的開發(fā)，可以通過在具有低成本、低碳氫潛在來源的工業(yè)區(qū)(如阿伯丁或蒂斯谷)創(chuàng)建“氫運輸集群”，這些地區(qū)對交通運輸也有很大的需求，這些交通工具很大程度上依賴于這些地區(qū)。殼牌和ITM電力公司正在為英國的氫燃料卡車、公共汽車、火車和輪船開發(fā)一個燃料補充網絡，但還有很長的路要走。由于沒有完善的分銷基礎設施，氫可能至少需要5到10年才能大規(guī)模用于重型貨車
作為向正確方向邁出的一步，英國政府最近為三個項目提供了5400萬英鎊的資金，用于開發(fā)用于商用車輛和公共汽車的氫動力系統(tǒng)技術，而3200萬英鎊將直接用于開發(fā)用于重型貨車的電力推進系統(tǒng)。
人們經常認為，純電動汽車將用于較短的行駛距離，而生物燃料將用于較長的行駛距離，因此氫燃料沒有中間地帶。氫燃料和電池之間的決定因素主要是操作方面的考慮，如航程、有效載荷、加油時間和可用的基礎設施。用電池給卡車供電不像給汽車供電那么簡單，因為增加的重量相當于每輛卡車損失約4噸的載貨能力，或約10%。這些大型商用車輛根本負擔不起犧牲有效載荷來容納電池的重量。
障礙和挑戰(zhàn)
英國大約有15個加氫站，基礎設施遠不如純電動汽車充電網絡發(fā)達。因此，燃料電池汽車的普及落后于純電動汽車，主要的原始設備制造商紛紛退出氫燃料汽車的競爭，斯堪尼亞是最新的一個。與此同時，包括豐田和現(xiàn)代在內的幾家關鍵制造商仍致力于FCEV的開發(fā)，而政府支持一個新的氫平臺開發(fā)計劃，作為捷豹路虎正在進行的轉型計劃的一部分。在氫有機會成為主流之前，還需要進行大量的工作，從大規(guī)模生產到基礎設施燃料的投資。
阻礙氫燃料電池廣泛采用的一個主要方面是主要的制氫過程。大約85%的氫是由甲烷產生的，因此污染非常嚴重。電解水，雖然有希望和清潔，但還不夠有效，也沒有達到工業(yè)規(guī)模。從氧氣中分離氫的過程消耗的能量大約是汽車內部燃料電池產生的能量的三倍，在能源效率方面落后于純電動汽車。
在這一點上，討論往往轉向成本，因為氫氣仍然比汽油或純電動汽車等競爭對手更貴，部分原因是所涉及的復雜技術。幸運的是，這種情況正在迅速改變。由于制造業(yè)的進步，安裝成本持續(xù)下降，可再生能源發(fā)電正在穩(wěn)步增長。隨著電解過程的成本越來越低，氫的成本也越來越低。此外，一個不斷增長的行業(yè)將從規(guī)模經濟(包括自動化和數(shù)字化)中受益，汽油和純電動汽車已經經歷了這一過程，而科學家們也在孜孜不倦地改進氫生產過程，近年來取得了令人矚目的進展。最后，碳排放的成本預計將大幅增加，這是使氫氣更便宜的方程式的一部分。隨著我們繼續(xù)發(fā)展該行業(yè)并向前沿推進，我們可以預期它將與替代燃料資源競爭。
凡爾納會怎么說呢?
在儒勒·凡爾納(Jules Verne)首次設想氫氣驅動的世界近150年后，人們仍然不清楚這個想法究竟有多有先見之明。私營企業(yè)和政府對純電動汽車技術的大量投資，使得一些觀察人士宣布，對這種卓越的環(huán)保能源的競爭即將結束。雖然這篇文章指出了以氫為燃料的公共汽車和卡車的有趣發(fā)展，但提到輪船和飛機也很重要，因為氫的優(yōu)勢可能一直證明凡爾納是正確的。
