氢燃料电池车对城市有意义吗?

电池和燃料电池电动车都有角色在创造更可持续和更安全的流动方面发挥作用,但在所有情况下都没有意义。照片由CityTransportInfo / Flickr

类似的公司 丰田, 尼古拉 and H2X 在氢气燃料电池车辆上倍增,并将其定位为更受欢迎的零排放对应物,电动汽车的替代品。这些公司和一些倡导者认为燃料电池可以是 键入运输扇区的关键而不牺牲范围或有效载荷,借助燃料电池较小的电池和较低的重量。

但随着氢技术的诱人已成为,它也具有尖锐的批评者。埃龙麝香嘲笑他的竞争对手尼古拉,在通过推文释放最新的氢气车之后,这项技术是“令人惊讶的愚蠢。“

麝香只是保护他的业务,还是他有一个点?对于寻求减少车辆空气污染和气候排放的城市,更仔细的外观揭示了电梯和潜在用例 - 用于电池电气和燃料电池技术。

为什么要抛弃电池?

像电池电动车一样,燃料电池电动车允许零尾管排放。它们通过从燃料箱泵送到燃料电池堆的一侧作为来自空气的氧气进入另一侧来产生电。在燃料电池堆内,氢气分成质子和电子,然后产生电力然后通过尾管再粘接以驱逐水蒸气。来自燃料电池堆的电力进入操作电动机的电池。根据这一点 氢气分析资源中心,全球有超过20,000辆活跃的燃料电池车;约14%的人是公共汽车,6%是卡车,其余的是轻型客车。 2016年,燃料电池车辆 只有0.5% 总零排放车辆销售,大部分车辆都在几个国家(欧洲,美国,中国和日本的部分)运营。

通常,在燃料电池电动车和电池电动车之间考虑有三个关键差异。

燃料电池车仍然有电池,但它们比电池电动汽车更小,更轻。通常,电池比内燃烧发动机重,对于某些阶级车辆,额外的重量可能是一个问题。例如,电池电动车中的600千瓦时电池的额外重量可以 减少货物能力3% 与由柴油发动机提供动力的同一卡车相比。因为燃料电池车以氢的形式储存能量,所以它们的电池可以 在5到50倍以下的地方 而不是电池电动车。降低的电池重量对于需要大量功率的车辆可能是特别有利的,但也需要最大化其有效载荷,如货运和航空。

燃料电池车也有燃料箱。结合较轻的电池,这种能量系统允许它们以比电池电动车辆更长的范围操作,因为它们以较低的密度存储更多的能量。专注于效率和井到车轮分析的研究发现燃料电池车可能具有竞争力 范围超过400公里.

但是,批判性地,燃料电池车辆需要比电池电动汽车更具燃料基础设施,更多类似于传统的内燃机车辆。与直接插入现有电网的电池电动车辆不同,燃料电池车使用需要生产,运输和储存的氢气。这项基础设施限制了他们满足可持续能源和可持续移动目标的双重需求的能力,例如,通过防止它们从事 车辆到网格集成.

基础设施是燃料电池和电池电动汽车之间最昂贵的差异,因为氢燃料供应链中参与的利益相关者数量庞大。有努力在几个国家生长燃料电池车市场,但它们 依靠大型政府投资。促进基础设施和氢气生产成本包括 30-60%之间 总燃料电池车辆部署的成本今天。电台通常在成本之间 1-2百万美元,取决于地理位置。电台容量通常来自 200至600公斤/天,足以填补 6和20辆公共汽车。相比之下,费城的电荷电站成本 大约100万美元 All-In为25个电池电动巴士的车队。

仔细观察可持续性

根据充电和氢气生产的排放,燃料电池和电池电动汽车的污染物少于其内燃机替代品,并且是唯一可以发出二氧化碳的技术。在美国,当从平均电网充电时,平均电池电动车在每英里发出176克二氧化碳。燃料电池电动车从蒸汽 - 甲烷重整引起的氢气发射约241克CO 2每英里。两种技术不仅发射明显少于汽油动力内燃机车辆, 每英里达到414克二氧化碳的排放量,但它们也会发出较少的空气污染物,如氮氧化物和颗粒物质,这有助于 每年有数百万以上的死亡.

然而,燃料电池和电池电动汽车也有 潜在的 如果我们看看他们的生命周期排放,而不是他们的效率,就会发出更多。使用内燃机的车辆的排放具有最高的终身排放,从27-45吨二氧化碳等效,主要来自发动机和尾管排放。在终身期间,电池电动车辆可以在20-27吨二氧化碳等效中发射,电池制造的排放量大。最后,燃料电池车可以发射 22-35吨二氧化碳当量,具有来自储氢,燃料电池组分和储井燃料循环的高比例。所有的车辆技术,通常是燃料电池 在车辆制造过程中发出最多。 (这些范围都基于平均中型汽车。)

让事情变得棘手的是,虽然生命周期的排放和总体拥有成本是了解这些技术的长期效益的关键比较,但是难以跨地理流化的生命周期排放难以量化和难以比较。例如,根据现行基础设施,氢气产量和排放的排放差异很大。在煤发电厂向电网提供大部分能量的地方, 切换到电池电动车可能会产生更高的生命周期排放 而不是内燃机车辆。然而,在大多数地方,电网足够干净,电池电动车可以产生更大的排放量 减少 与常用情景和在某些地方相比,像水电更突出的南美一样,这些减少更为有影响。

电池和燃料电池电动车的倡导者认为,当可再生能量构成可用能量的较大部分时,该技术可以通过在偏心时间内使用电网来鼓励更可再生能量。但是,涉及燃料电池车辆,大致 76%的氢生产 来自天然气。只有2%的全球氢气生产使用电解 - 刚的氢气产生的唯一形式,具有可再生能源供电的可能性。另外,无论生产方法如何,燃料电池车都需要储存和运输氢。这些额外的步骤增加了成本和相关的排放。

何时何时超过成本?

虽然研究仍然是新兴的,但有一些证据表明氢燃料电池车辆可能有用 重型货运,城市过境(通过 公共汽车 或者 火车), 航空船运。在建立更加可持续和健康的运输部门的背景下,这些远程车辆课程很重要。但是,它们是所谓的“难以减少”行业 - 车辆和用例特别难以通电。在所有这些情况下,车辆必须在不接受大量的重量的情况下储存大量的能量。与乘用车旅行不同,这些旅行也难以减少或管理,其中综合移动性的方法可以让人们在没有私人车辆的情况下更容易地获得。此外,还有一些证据表明燃料电池车辆保留更多的范围 寒冷的天气环境。燃料电池车辆的较轻的电池和储罐在这些情况下具有比电池电动车更好的拟合。

随着当前技术代表的燃料电池车辆对更短的范围旅行和其他车辆等级的燃料电池,例如汽车,两轮车或城市公共汽车,电池电动汽车往往会出现。电池电动车需要更少的新基础设施,可以 更好地支持以运输为导向的发展政策 这有助于减少汽车旅行的需求,并且在无法避免旅行时,将用户转移到更健康,更可持续的选择,如步行,骑自行车和公共交通。通过将充电基础设施放置在驾驶员可以轻松地将他们的车辆留出时段和骑自行车到下一个目的地,电池电动车也可以将电池存储储存回电网,可能对司机和城市带来额外的益处。必须定期更新的燃料电池车辆像传统汽车一样加油,并没有相同的激励措施,以全天停留。它们也不能在紧急情况下作为移动能量存储资产 甚至拔出网格载荷,以鼓励可再生能源生产 并在农村地区提供更大的能源安全性。

因此,在某些情况下,燃料电池车有意义,但不是很多。不幸的是,今天的政策激励措施没有有效地关注在远程,重型部门内的实施,燃料电池车辆可能产生积极影响。燃料电池车辆部署的大多数政策支持 目前专注于汽车,公共汽车和一般基础设施,有限的运费支持,无支持航空。部分地致力于这些政策,关于 80%的燃料电池 今天的道路上是轻型乘用车。

电池和燃料电池电动车都具有在创造更可持续和更安全的移动性方面发挥作用的作用。为了确保有效地部署零排放车辆,而且在不增加整体车辆使用情况下,政策制定者应该检查不同的技术如何如何为不同的车辆课程提供服务,并以更精确的精度应用他们的政策激励。

埃莉诺杰克逊 is a Research &WRI Ross可持续城市的全球电动机队的通信助理。

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