宇宙中最受青睐的元素如何成为公共交通的首选能源
要阻止全球变暖，我们的交通工具就必须改变——不仅仅是间断性使用的私家车，还包括每天在城市内穿梭的公共交通工具。
交通运输占全球燃料燃烧排放二氧化碳总量的 24%，其中四分之三来自道路交通。[1]仅欧盟就需要在 2050 年之前从其运输车队中消除 72% 的 CO2 ，从而实现《巴黎协定》将温度上升幅度控制在 2˚C（或更低）的目标。[2]
电气化通常被视为显而易见的答案——但它一定是最佳之选吗？ 在之前的文章中，我们支持氢能对于推动绿色能源革命和零排放运输的潜力。在此，我们将重点关注这种未被充分利用的能源最具前景的应用之一：氢动力公共交通工具。
氢能成为公共交通工具的理想之选的原因何在？
氢能是一种成熟、通用且易于生产的能源。它还有诸多优点使其非常适合从公交车到火车等众多大型车辆。
例如，燃料电池电动汽车（FCEV）靠制氢装置运转，排放比使用内燃机的车辆少 45%。[3]
氢能在道路上使用也更加清洁。生物燃料、压缩或液化天然气（CNG/LNG）以及混合燃料都会排放出有害气体，影响当地的空气质量。[4]而使用氢能只会释放水蒸气。[5]
更让人信服的事实是，使用可再生能源来源时，产生的所谓“绿色氢能”实际上可以从生产到运行实现无 CO2 电力来源。理论上而言，电池动力电动汽车（BEV）可以做到这一点，但这始终取决于其充电的能源结构。此外，氢燃料电池的生产能耗低于电池，需要的材料也要少得多。
续航里程更长，有效荷载更高
氢动力汽车所能达到的续航里程才是其真正的用武之地，尤其是对于公共交通而言。无论体积还是质量（或重量），氢能的能量密度都要远高于电池。氢动力汽车的典型续航里程是 700-800 公里，而性能最优的电动汽车的续航里程仅为 300-400 公里[6]。因此，燃料电池电动汽车非常适合大型车辆和长途旅行的车辆。目前，氢动力公交车的行驶里程是电动车辆的 150%（分别为 500 公里和 200 公里）[7]。这有助于解释氢能为何在中国备受青睐，例如，长途客车的数量是市内公交车的五倍。
补充燃料更快，储存更方便
现代燃料电池电动汽车的充电速度是电动汽车的 10-15 倍。[8]此外，除了在公交车站设立一个集中的氢燃料补充站（HRS）之外，燃料电池公交车无需任何额外的城市基础设施作业或许可证。[9]氢能还可以帮助平衡电网，储存大量的能源供以后使用；快速电动汽车（EV）充电器只会增加峰值需求。
有望取代柴油火车
氢能的能量密度可以使火车脱碳，同时减少排放和噪音。电气化仍是首选方案，但轨道升级通常比转换成氢能更慢，也更昂贵。德国正在进行试点，奥地利和法国也宣布了进一步的项目。[10]
更环保 – 更清洁
然而，尽管它可能是宇宙中含量最丰富的元素，要实现氢能将公共交通工具脱碳的潜力仍然存在重大障碍。
虽然氢能本身非常非常清洁且无排放，但其生产过程很少能够保持可持续性，正如 Abdul Latif Jameel Perspectives 关于绿色氢能的文章中所述。全球大约 95% 的氢能仍在生产过程的某个环节中使用化石燃料。[11]这相当于每年产生 8.3 亿吨 CO2 ，大致相当于英国和印度尼西亚 CO2 排放总量之和。[12]
可再生能源不足
绿色氢能显然是解决可持续发展问题的答案，但其中也存在挑战。目前，全球可再生电力装机容量为海上风电 23.4GW、陆上风电 540.4GW、太阳能光伏 480.4GW以及核电 397GW。这些数字远远低于可再生能源需要提供足够的绿色氢能以满足预测需求的水平。
国际可再生能源机构（IRENA）称，到 2050 年，可再生电力产生的氢能在全球能源结构中将占到 19 艾焦耳。[13]生产这么多的绿色氢能每年至少需要 6,690TWh 的专用电力。这相当于 1,775GW 的海上风力发电场，2,243GW 的陆上风力发电场，4,240GW 的太阳能光伏发电场，或 957GW 的核能发电[14]——远远超过了我们目前甚至计划的装机容量。
尽管这些数字是针对全球氢能需求的，而不仅仅是针对公共交通，但它们给人一种感受，即生产真正实现其全部潜力所需的绿色氢能，需要绝对规模的基础设施建设。
不够便宜
最后，也可以说是最重要的一点，绿色氢能价格昂贵。根据欧洲复兴开发银行（EBRD）的数据，目前绿色氢能的成本约为 3-6 美元/千克，而化石燃料制氢的成本约为 1-1.8 美元/千克。[15]这还是在基础设施升级和运营支出之前。
那么，我们如何加快氢能的使用呢？
与所有可再生能源一样，氢能的成功取决于政府提供各种软硬兼施的计策，克服上述挑战，使氢能在商业上成为切实可行的替代能源。
资金、政策与监管框架
据国际能源署称，200 多个正在进行的氢能项目中，大多数仍依赖政府资助。[16]这在短期内不太可能改变。为了促进氢能成为切合实际、价格实惠和可持续能源的前景，国际可再生能源机构（IRENA）建议：
- 设计金融支持工具，如资本支出补贴和退税，以抵消新技术的初始成本
- 在业内引入排放限制和对可再生能源含量的强制规定，以鼓励更大的氢能需求
- 确立长期天然气管网注入价格
- 让电解槽操作人员参与辅助服务市场
- 降低投资风险，促进市场吸收，支持基础设施建设和氢能推广。[17]
. . . 剩下的交由市场来完成即可
绿色氢能之所以昂贵，是因为用得不多。当它获得立足点时，简单的规模经济将开始发挥作用，价格将随着使用量的增加而下降。与此同时，可再生能源的成本将不可避免地持续下降。
国际能源署在其在最近的《Future of Hydrogen》（《氢能之未来》）报告[18]中预测，由于可再生能源价格的下降和氢能生产规模的扩大，到 2030 年，通过可再生能源生产氢能的成本可能会下降 30%。欧洲复兴开发银行预计，到 2050 年，绿色氢能价格将降至每千克不超过 1.50 美元。这将使其能够与天然气相媲美，甚至在化石燃料的碳排放罚金增加的情况下更便宜。
特别是燃料电池电动汽车和公交车，已经变得越来越经济实惠。
“氢动力公交车的前期成本曾远远高于柴油或电动公交车，接近 100 万英镑，这个数字令人瞠目。自早期部署以来，价格已经大幅下降，目前可能与电动汽车价格相当，” 英国第一巴士工程总监 Ian Warr 表示[19]——该公司是英国氢动力公交车的先行者之一。
目的地已在眼前
到目前为止，全世界在公共交通中采用燃料电池汽车方面进展缓慢。与公交车、轻轨、火车等传统交通工具相比，此类车辆的数量非常少。然而，世界各地都在推行一些有前景的举措，表明氢动力公共交通工具的时代可能比我们想象的更近。
全球都在绿色氢能生产方面进行了大量投资。
燃料电池电动公交车已经成功试验了十多年，在此期间，在效率、续航里程、燃料补充速度和燃料补充站普及性等方面都都有了显著提升。政府给予的支持也在不断增加。
在欧洲，《清洁车辆指令》[20]规定了2025 年和 2030 年清洁轻型车辆、卡车和公交车的强制性最低采购目标，其中包括零排放公交车。其他重要的政策驱动因素包括替代燃料基础设施指令[21]（DAFI）、清洁公交车部署倡议[22]和低排放区（LEZ）指令[23]。
氢能的顶层动力来自氢能路线图[24]和下一代欧盟计划的恢复计划[25]。其中规模最大的项目是 JIVE 和 JIVE2[26]，计划到 21 世纪 20 年代初在欧洲 22 个城市部署近 300 辆燃料电池公交车。JIVE2 是由 FCH JU[27]（燃料电池与氢能联合组织）提供 2500 万欧元资助的联合项目，该项目是欧盟 Horizon 2020 框架计划的研究和创新项目。
其目标是帮助制造商和运输供应商利用联合采购来完善氢能技术，开发燃料补给基础设施，并建立可行的商业模式——同时减少城市排放。
2021 年 6 月，伦敦市长 Sadiq Khan 宣布在英国推出首支氢动力双层巴士车队，这是伦敦到 2030 年实现所有伦敦巴士零排放目标的一部分。
同时，英国交通部（DfT）承诺交付 4,000 辆新的英国制造电动或氢能巴士，并终止销售新的柴油巴士。[28]
与此同时，加利福尼亚州正在建设美国最大的氢能公交车燃料补充站。[29]中国在这方面又上了一个台阶， 对基础设施进行了大力投资，并不断发展氢能车队。在政府补贴的激励下，仅在 2021 年前五个月，就签署了 35 个与燃料电池、燃料电池汽车和氢燃料补充站相关的项目，总价值达 170 亿美元。
例如，南京市正计划将其 7,000 多辆电动公交车全部换成氢动力公交车。[30]
安利捷能源公司已经在行动
Fotowatio 可再生能源公司（FRV）隶属于安利捷能源公司，它为实现氢能潜力，变革公共交通系统做出了自己的贡献，对此我们深感自豪。
FRV 正在全球投资超过 15亿美元的项目，将总装机容量从 2021 年的 2GW 增至 2024 年的 4GW。最近，安利捷能源公司的旗舰可再生能源投资公司在西班牙的两个旗舰绿色氢动力公共交通项目中发挥了关键作用。[31]
第一个项目，它正在与马德里专业出租车联合会合作，帮助 在 2026 年之前用绿色氢动力汽车取代至少 1,000 辆传统出租车。这项 1 亿欧元的投资旨在于出租车行业实施“出租车即服务”（TaaS）商业模式，允许司机以具有竞争力的成本使用氢动力汽车，续航里程和燃料补充时间与传统汽车相似。
FRV 将与 Madrileña Red de Gas 共同开发氢能生产、燃料补充和燃料供应基础设施。
这两家公司将建造一个 10 MW 的电解槽来生产氢能，由一个 20 MW 太阳能光伏电发电厂供电，能够根据需求增加产能。
安利捷的长期汽车合作伙伴丰田汽车公司正在供应这种出租车行业，该公司生产的打破纪录的丰田 Mirai 燃料电池车型续航里程达 600 公里，对环境零影响。Grupo Ruiz 提供城市交通专业知识，综合各方面需求，使项目更具竞争力。
第二个里程碑项目位于阿里坎特——西班牙人口第四大省。
在这里，FRV 的创新部门 FRV-X 正在与 Vectalia 合作，开发首个大规模绿色氢动力公交运输系统。
FRV-X 总经理 Felipe Hernández表示：“我们有机会将绿色氢能的生产与现有需求相结合，我们相信，未来几年，绿色氢能的需求将逐步扩大，继续沿着急需的能源转型的道路前进，我们有雄心从 FRV 走向全球。”
项目包括一个太阳能水解厂和氢气站，将为续航里程 400 公里的 80 辆公交车车补充燃料，仅第一阶段就可以减少超过 75 吨的 CO2排放，有望成为欧盟 9700 万美元新冠恢复下一代基金的潜在候选项目。
安利捷副总裁兼副主席
安利捷副总裁兼副主席 Fady Jameel在谈到该项目时表示：“我们很自豪能成为这一开创性计划的主要合作伙伴，该计划正是以我们在氢能技术方面的国际专业知识为基础
FRV 被公认为世界领先的可再生能源公司之一，其发展战略的中心是帮助全球社区实现其可再生能源目标，确保走向更清洁的未来。”
公交车及更多
除了 FRV 在西班牙所做的努力之外，燃料电池出租车在欧洲也越来越受欢迎；在巴黎，燃料电池电动汽车的数量已经超过 100 辆，在丰田的支持下，计划到 2024 年增加到 10,000 辆。[32]
与此同时，德国有望于 2022 年推出全世界第一辆氢动力列车。[33]这条位于下萨克森州的铁路长达 76 英里（123 公里），将于 2022 年 3 月开始商业运营，氢能驱动的客运列车将在汉堡郊外的 Buxtehude 和海滨城市 Cuxhaven 之间的区域线路上运行。
摩根士丹利估计，到本世纪中叶，欧洲氢能铁路行业的价值可能达到 240 亿美元与 480 亿美元之间。[34]它表示，到 2030 年，以氢燃料为动力的列车将占尚未实现电气化列车的十分之一。
根据氢能路线图[35]，到 2025 年，燃料电池出租车和客车应达到大众市场的接受度（即年销量超过该领域年销量的 1%）。到 2050 年，整个欧洲将有 250,000 万辆公交车使用氢动力，出租车的采用率将达到 55%，燃料电池动力列车将占总销量的 50%。[36]
氢能可能不会像电池动力的电动汽车那样占据头条。尽管如此，它提供了迄今为止无与伦比的续航能力和燃料补充速度，以及从生产到运营几乎零排放的前景——所有这些都使它成为未来公共交通脱碳的有力竞争者。
要实现氢能的真正潜力还有一段路要走，众多公共和私营部门都在给予支持，因此它可能很快就会进入您附近的公共运输系统。
[1] International Energy Agency 2020
[2] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition。燃料电池与氢能联合组织（2019 年）
[3] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. 燃料电池与氢能联合组织（2019 年）
[4] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. 燃料电池与氢能联合组织（2019 年）
[5] The coming hydrogen fuel cell evolution, 数字化趋势，2018 年 7 月 21 日
[6] Fuel cell cars in for a lift as Japan looks to expand infrastructure, 日经亚洲评论，2018 年 3 月 6 日
[7] China’s Father of Electric Cars Says Hydrogen Is the Future, 彭博社，2019 年 6 月 12 日
[8] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. 燃料电池与氢能联合组织（2019 年）
[9] https://www.fuelcellbuses.eu/wiki/fuel-cell-electric-buses-fuel-cell-electric-buses/about-fuel-cell-electric-buses
[10] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. 燃料电池与氢能联合组织（2019 年）
[11] https://www.vox.com/energy-and-environment/2018/2/16/16926950/hydrogen-fuel-technology-economy-hytech-storage
[12] The Future of Hydrogen, IEA
[13] https://www.irena.org/newsroom/articles/2019/Oct/Unprecedented-momentum-for-green-hydrogen
[14] https://www.rechargenews.com/transition/a-wake-up-call-on-green-hydrogen-the-amount-of-wind-and-solar-needed-is-immense/2-1-776481
[15] https://www.ebrd.com/news/2020/is-green-hydrogen-the-sustainable-fuel-of-the-future-.html
[16] The Future of Hydrogen, IEA
[17] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/Sep/IRENA_Hydrogen_from_renewable_power_2018.pdf
[18] The Future of Hydrogen, IEA
[19] https://www.intelligenttransport.com/transport-articles/118176/hydrogen-buses-first-bus/
[20] https://ec.europa.eu/transport/themes/urban/clean-vehicles-directive_en
[21] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32014L0094
[22] https://ec.europa.eu/eusurvey/runner/Clean_Bus_Declaration
[23] http://urbanaccessregulations.eu/
[24] https://www.fch.europa.eu/news/hydrogen-roadmap-europe-sustainable-pathway-european-energy-transition
[25] https://ec.europa.eu/info/strategy/recovery-plan-europe_en
[26] https://www.fuelcellbuses.eu/projects/jive-2
[27] https://www.fch.europa.eu/
[28] https://www.intelligenttransport.com/transport-news/119052/bus-shake-up/
[29] https://www.intelligenttransport.com/transport-news/95432/octa-debuts-americas-largest-hydrogen-bus-fuelling-station/
[30] https://www.sustainable-bus.com/fuel-cell-bus/fuel-cell-bus-hydrogen/
[31] https://frv.com/en/frv-contributes-to-the-decarbonization-of-public-mobility-through-green-hydrogen/
[32] https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-01-19/toyota-backed-paris-venture-targets-10-000-hydrogen-cars-by-2024
[33] https://fortune.com/2021/04/23/hydrogen-train-transport-europe-green-rail/
[34] https://fortune.com/2021/04/23/hydrogen-train-transport-europe-green-rail/
[35] https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf
[36] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
添加至新闻包
