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工程機械是非道路移動源污染排放的主要貢獻者。在汽車、船舶等交通運輸工具排放法規(guī)日趨嚴格之時，工程機械的排放治理也逐漸受到重視。如何實現(xiàn)工程機械零排放，成為制造商們的新問題。
日前，英國工程機械生產(chǎn)商JCB宣布已開發(fā)出建筑行業(yè)第一臺氫動力挖掘機。JCB已在采石場試驗場對一臺由氫燃料電池驅(qū)動的20噸220X挖掘機進行了為期12個月的測試。在未來的幾個月中，JCB將繼續(xù)通過對原型機進行測試來以繼續(xù)開發(fā)和完善該技術(shù)。
這意味著挖掘機等工程機械將進入零排放的氫能時代。
JCB主席班福德（Lord Bamford）說：“隨著我們向零碳世界邁進，第一臺氫燃料挖掘機的開發(fā)非常令人興奮。”JCB還發(fā)布了氫燃料電池挖掘機的視頻。
2020年3月，現(xiàn)代摩比斯、現(xiàn)代汽車、和現(xiàn)代工程機械宣布聯(lián)手開發(fā)全球首臺氫動力工程機械設(shè)備，批量生產(chǎn)和分銷的目標日期定為2023年。
氫能應(yīng)用已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)你追我趕的競爭態(tài)勢。在汽車上日韓取得了領(lǐng)先，在挖掘機上則是英國搶得了第一。對比燃料電池汽車，國內(nèi)在氫能工程機械方面的發(fā)展則顯得相對滯后。
圖1 JCB的氫能挖掘機 來源：JCB
JCB的零排放野心
JCB是國際知名的工程機械制造商。早在2015年，JCB對燃料電池企業(yè)ITM Power進行了戰(zhàn)略投資，以490萬美元認購了ITM9.1%的股份，成為當時ITM的大股東。
時任JCB主席的Anthony Bamford勛爵在當時的一份聲明中說，公司“對氫技術(shù)的前景感到興奮”，并指出JCB期待與ITM分享“我們在制造和工程方面的某些專業(yè)知識”。
這項全球首創(chuàng)的技術(shù)將使JCB能夠在零碳方面引領(lǐng)行業(yè)。JCB對氫能挖掘機花費了兩年時間進行設(shè)計，并對原型車進行了長達一年的測試。
JCB的繼承人，班福德勛爵的兒子，喬·班福德（Jo Bramford）在評論這款氫能挖掘機時說：“我堅信氫是英國打造全球領(lǐng)先行業(yè)的最佳機會。該行業(yè)將為英國創(chuàng)造新的就業(yè)機會，減少排放并令引領(lǐng)全球發(fā)展?！?/p>
JCB的零排放野心不僅僅在工程機械領(lǐng)域。
喬·班福德（Jo Bamford）在英國氫工業(yè)中已經(jīng)是一個眾所周知的名字。在進入氫氣行業(yè)之前，他在JCB工作了14年，成立了Ryse Hydrogen，并收購了北愛爾蘭公交車巨頭Wrightbus。2020年4月，喬·班福德宣布了一項在英國投放3000輛氫能公交車的計劃。
“在接下來的幾個月中，JCB將繼續(xù)通過對原型機的進行測試來開發(fā)和完善該技術(shù)，我們將繼續(xù)站在打造零碳未來的技術(shù)的最前沿。”
圖2 班福德父子與氫能挖掘機 來源：JCB
國內(nèi)氫能工程機械仍有待發(fā)展
工程機械是裝備工業(yè)的重要組成部分。中國已是名副其實的工程機械制造大國，裝載機、挖掘機、汽車起重機、壓路機、叉車、推土機、混凝土機械等一大批工程機械產(chǎn)品產(chǎn)量躍居世界首位。由于基建投資規(guī)模不斷提升，工程機械等下游產(chǎn)業(yè)將進入新一輪的增長。在挖掘機領(lǐng)域，近年來市場需求同樣旺盛，2019年挖掘機市場迎來了一個新高。
圖3 國內(nèi)挖掘機歷年銷量（單位：萬臺）
目前國內(nèi)工程機械仍主要以傳統(tǒng)內(nèi)燃機作為動力源。工程機械作為內(nèi)燃機產(chǎn)品中除汽車行業(yè)之外的第二大使用行業(yè)，由于其排放密度大，排放指標又劣于汽車，因此對環(huán)境的污染更為嚴重。
根據(jù)《中國移動源環(huán)境管理年報(2019)》，從工程機械占非道路移動源污染物排放的比例來看，工程機械排放HC達28.9萬噸，占比37.9%；排放
NOx達175.3萬噸，占比31.1%；排放PM達11.4萬噸，占比25.8%。其中又以裝載機、挖掘機和叉車的污染物排放量占比最高，三者排放量總和占據(jù)了全部機種的九成以上。
圖4 非道路移動源污染排放比例情況
工程機械污染排放占非道路移動源污染物排放的比例較高，排放問題已不容忽視。目前國家及地方政府正逐步制定相應(yīng)法規(guī)，推動工程機械污染物排放問題解決。如武漢自2019年11月30日起劃定高排放非道路移動機械禁止使用區(qū)，超國三標準排放的挖掘機等工程機械將在中心城區(qū)及遠城區(qū)的部分區(qū)域限制使用。
隨著越來越多工程機械排放法規(guī)出臺，未來工程機械更新?lián)Q代需求可觀。由于工程機械耗能高、工作時間長等要求，氫燃料電池將是最有前景的替代動力解決方案之一。
目前國際上的氫動力工程機械案例以叉車為主，推出氫動力叉車的廠商包括plug power、豐田等，其他品類的工程機械仍較少開發(fā)氫動力產(chǎn)品，僅有少量研究案例。
對比快速發(fā)展的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)在氫能工程機械方面則略顯緩慢，目前國內(nèi)在氫能工程機械領(lǐng)域仍處于探索階段。2019年，清大股份與深圳汽航院成立了國內(nèi)首個燃料電池叉車創(chuàng)新中心，2020年5月天津新氫動力科技有限公司發(fā)布了國內(nèi)首臺3.5噸氫燃料電池叉車。值得一提的是，徐工在6月推出了燃料電池重卡，可能意味著這家國內(nèi)工程機械龍頭企業(yè)有意向燃料電池領(lǐng)域進軍，這將大大加快國內(nèi)工程機械零排放的進程。
與汽車行業(yè)一樣，目前國內(nèi)工程機械同樣存在“大而不強”的問題，同樣的，新能源工程機械也是國內(nèi)企業(yè)“換道超車”的重點發(fā)展領(lǐng)域。預(yù)判環(huán)保法規(guī)、率先發(fā)展氫動力工程機械有利于提高國內(nèi)工程機械的市場競爭力，增強工程機械技術(shù)水平。
