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Nature Electronics | 氢燃料汽车窗口已终结,卡车也一样

原作者 / Dr. Patrick Plötz

编译 / Aaron

近期,由于北京冬奥会上我国氢能源大巴的首次登场,氢燃料汽车成为了一个热点话题。

然而,弗劳恩霍夫系统与创新研究所(ISI)能源经济学业务负责人——Patrick Plötz博士在Nature Electronics最近发表了一篇备受关注的评论性文章,对氢燃料电池汽车(FCEV)的可持续发展潜力提出了质疑。

在文章中,Plötz直接表明:「电池和快速充电技术的技术和经济发展,可能很快会使以氢为动力的燃料电池电动汽车在道路运输中变得多余。」

「纯电池」的快速发展

「虽然我们已经在研发氢燃料和其技术上花费了很多,但我们不应该再重蹈沉没成本谬论的覆辙」,Plötz在文章中说道。

与纯电动汽车相比,压缩氢的能量密度更高,而且可以在几分钟内补充燃料,这使得燃料电池汽车成为频繁长途旅行的理想选择。但是,纯电动汽车目前的实际行驶里程约为400公里,最新一代电动汽车使用800伏电池,充电200公里只需15分钟左右。

这意味着在不远的未来,随着电池规模经济的全面发挥,以及电动汽车和充电基础设施的成本进一步降低和性能改善,燃料电池汽车极有可能无法与之竞争。

燃料电池的「爬行发展」

除此之外,新能源卡车(Trucks)是新能源产业中的一项重要产品。作为减排战略中的重要目标,重型卡车被认为是最适合采用FC技术的产品。不过,Plötz对于氢燃料电池卡车的发展前景也并不看好。

他提出,目前除了欧洲几家卡车制造商曾宣布「到2030年在欧洲道路上行驶10万辆燃料电池卡车」,同时有两家卡车制造商提供了测试试验外,燃料电池卡车并没有重大的技术突破,也就是目前还未进入初步的商业化。

与之相对的是,第一代纯电动卡车已经投入使用。虽然由于技术的限制,目前的纯电动卡车只能用于有限的城市运输,但是Plötz认为,第二代纯电动卡车的技术突破将比燃料电池的突破来得更早。

Plötz在文中以欧洲的情况为例。在欧洲,货运卡车一般每天要行驶超过500公里,这显然对于重型纯电卡车来说是一个挑战,但根据欧洲的行驶法规:「每行驶4.5个小时,就会强制驾驶员休息45分钟」。然而,如果平均充电功率为800千瓦的大功率快速充电电池可以被卡车广泛使用,第二代纯电卡车可以充电45分钟得到400公里的续航,这对于之后的行程是足够的。

并且,欧洲的一项基础设施提案建议,沿主要公路网络每隔50公里就需要一个大功率充电器。同时,在欧洲的公共道路上,也正在测试通过架空线路或道路电源为卡车充电。该系统可以支持主要高速公路上的纯电动卡车长途运行,驾驶员在休息时间也不需要充电了。

成本决定论

「关于未来能源技术的广泛讨论往往集中在技术是否可行的问题上,而不是与技术相关的成本。这往往是误导,因为在许多历史案例中,成本是关键,而不是技术属性,技术发展和成本降低潜力经常被低估。」Plötz在文中说道。

例如,目前还没有技术问题阻止一辆续航里程为1000公里的纯电动汽车的制造,因为这只需在汽车中安装大量的电池,但目前的电池成本将使其成为一款昂贵的汽车。从长远来看,成本是决定性的。 

之后,Plötz直接给出了结论:「研究表明,使用燃料电池卡车的总成本将高于充电的纯电动卡车。」

虽然有些应用场景具有非常高的能源需求或低成本敏感性,如偏远地区的重型运输或极重货物的运输,可以几乎不考虑成本,但问题依然存在: 「这些小众领域是否足够大,足以维持燃料电池电动卡车及其基础设施所需的商业化和规模经济? 」

能源转型需要氢,在道路运输之外还有许多相关的应用,包括航空、航运和钢铁制造。但Plötz认为,氢燃料汽车建立市场份额的机会之窗已经关闭。对于卡车来说,运营成本因素比乘用车更重要,这使得燃料电池卡车的使用范围更小。

如果卡车制造商不尽快开始大规模生产燃料电池卡车以降低成本,这种车辆将永远无法在低碳道路运输方面取得成功。Plötz表示,政策制定者和行业需要迅速做出决定;即燃料电池电动卡车的细分市场是否足够大,并足以维持氢燃料技术的进一步发展。

原作者介绍:

Dr. Patrick Plötz: 现任弗劳恩霍夫系统与创新研究所(ISI)能源经济学业务负责人。曾在格雷夫斯瓦尔德、圣彼得堡和Göttingen学习物理学,后在Göttingen学习哲学和历史学。之后,Plötz研究冷原子气体复杂动力学并在海德堡大学(理论物理研究所)获得理论物理学博士学位。

2011年1月至12月,Plötz在弗劳恩霍夫系统与创新研究所ISI的能力中心能源政策与能源系统研究员,并于2012年1月起在能力中心能源技术与能源系统研究员。 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00706-6#auth-Patrick-Pl_tz

产业氢燃料电池
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