氫燃料電池未來會成為卡車主要能源嗎?

2020-12-27 卡車之家

GUAN

通達有道 四海無疆

當你看到下面這段話時,先不要著急拉到底部的評論區,把我臭罵一頓,如果你願意花上三分鐘的時間,耐心看一看、想一想,這將會帶來非同尋常的收穫。

從上個世紀90年代以來,每隔一段時間就會有「水變油」的新聞刷新我們認知的三觀,且每每最後都會被證明是一種拙劣的營銷。

「水變油」真正吸引我們的,不是什麼科技和環保,而是人們期望石油能源的價格可以降低到飲用水的價格水平,從而能夠以更低廉的價格進行時空運輸。其實老實說,德國每升柴油的價格已經與市場上高端飲用水價格打平,大約為8人民幣/升。

石油資源豐富的委內瑞拉價格甚至低到不及0.2元人民幣/升。單就對於眾多中東以及北非等油氣資源豐富的國家來說,「水變油」是毫無吸引力的。

但是從能源儲量、擺脫石油體系依賴和環保這一角度考慮,「水變油」又有了非常明顯的優勢。問題在於,現有科技水平下是否有這樣一種或多種技術組合實現這一轉變?

氫燃料電池非常有希望成為未來卡車的主要能源載體

其實這一理論模型早在上個世紀就已經被證明可行了。首先利用電解水的方式將水利用電能轉化為氫和氧,再把原料氫注入燃料電池或者是當作燃燒劑注入內燃機從而產生動力,燃料電池的排放物只有純淨水。

考慮到能量轉化效率問題,現在主流的技術路線是發展燃料電池,寶馬集團曾經在2006年探索過氫內燃機的能源利用方式,當時的產品是BMW Hydrogen 7,然而因為制氫和儲氫等技術的局限,這一技術並未實現廣泛的商業應用。

這裡有一個非常關鍵的問題,既然已經有電能了,為何還要繞一圈先產生氫氣,再利用氫氣去產生電能?直接利用電能驅動車輛行駛不是更簡單麼?

戴姆勒奔馳正在研發的GenH2 Truck

既然如此,戴姆勒·奔馳為何在今年推出氫動力卡車GenH2 Truck,其背後的技術和商用邏輯又在哪裡呢?且聽我慢慢道來。戴姆勒奔馳GenH2的前臉幾乎是全封閉的,甚至取消了傳統的汽車後視鏡,不僅讓其看起來非常有未來感,同時還可在定速巡航的過程中減少風切產生的阻力。

這主要是得益於能量效率的提升,在電動平臺上將不會有內燃機平臺那樣高的散熱需求,因此避免了大型通風口的設計。

細長型的LED藍色大燈讓車頭辨識感更強。戴姆勒奔馳GenH2 Truck將會採用燃料電池作為能源,配備有兩個低溫的液氫罐(零下253度),每個液氫罐存儲40KG的液態氫。

目前主流的儲氫方式有有低溫液態、高壓氣態、固態儲氫和金屬氫化物儲氫四種方式,考慮到儲氫設備的重量和體積因素,奔馳選擇了前者。更緊湊的能量結構解放了卡車的部分運力和裝載空間。

最核心的氫燃料電池模塊展示

戴姆勒奔馳GenH2 Truck總重量為40噸,有效載荷為25噸,預計續航裡程超過1000公裡,將會於2023年與特定客戶進行原型車試驗,並於5年後投入商用市場。考慮到能量密度的問題,戴姆勒卡車在液氣兩種儲氫狀態中,優先選擇了液態儲氫。

在實際使用中,兩塊燃料電池可以提供300KW的持續電力輸出,並為電動機和動力電池充電。動力電池容量大小為70kWh,最高輸出功率為400kW,電池還可回收卡車制動產生的能量。

燃料電池和動力電池可以在上坡路段共同為兩臺各230kW的電動機提供能量,實現460kW(1577Nm,折合736匹馬力)和峰值660kW(2071Nm,折合1056匹馬力)的動力輸出。動力系統還包括一套加熱和製冷系統,從而保證各個組件工作在合理溫度範圍內。

預計續航裡程超過960公裡的特斯拉純電動卡車Semi,將會是戴姆勒奔馳的主要競爭對手

總得來說,這套動力系統結構稍微有些複雜,類似國內車和家旗下理想One的增程混動模式。考慮到65噸的最大總重,這樣的動力參數並不誇張。得益於技術的進步,儲氫的規模變得比以前更大而制氫的成本也變得進一步更低了。

對於進行長途運輸的卡車來說,使用液態氫作為能量載體要比電池擁有更高的能量密度,更輕的重量,同時還有更高的能量補充速度。這就是為何戴姆勒·奔馳看似用捨近求遠的方式開發燃料電池動力平臺的原因。

戴姆勒已經在氫燃料電池研究領域深耕了20餘年,在德國交通部長安德烈亞斯·舒爾的站臺下,戴姆勒·奔馳的GenH2 Truck似乎比美國初創公司特斯拉和尼古拉的電動卡車產品更為可靠。

今年9月份,興登堡研究中心的一份分析報告更是讓尼古拉公司的氫燃料電池卡車面臨嚴重的信用危機。目前來看,戴姆勒集團主要的競爭對手便是美國的特斯拉公司。

戴姆勒奔馳正在研發的GenH2 Truck

為了應對氣候變化挑戰,戴姆勒集團決定從2039年開始,只銷售碳中和的汽車,其中不包括烏尼莫克消防車這類專營市場領域。考慮到來自歐盟的進一步壓力,這一目標最終還有可能提前。歐盟希望在2030年可以大幅度縮減二氧化碳排放。

在這一政策目標下,各大卡車製造商面臨很大的壓力,因為目前的重型卡車幾乎全部使用柴油引擎進行驅動,希望通過對柴油動力的優化實現二氧化碳大幅度減排在10年內是很難做到的。

奔馳戴姆勒集團為此開發了名為「ePowertrain」的商用車模塊化電氣平臺,今後的中型和重型商用電氣化車型都將以該平臺為基礎進行拓展。

「ePowertrain」的特點是在一個或者兩個車軸上集成電動機和齒輪機構,進而相比較於中央布置電動機的方式,結構更加緊湊。

如果說前幾年對卡車電氣化的前景還有疑慮的話,現在無論如何也不會有很多人這麼想了,只是大家更多地在討論具體技術路線和發展方向。

戴姆勒集團卡車電氣化進程中三款重要型號,從左至右分別為eActros、eActros LongHaul、GenH2 Truck

奔馳則對未來充滿信心,除了氫燃料電池卡車外,他們還準備了續航為200公裡的eActros純電動卡車,2021年就可以實現量產,該型號卡車可滿足短途運輸的需要,尤其適用於城市配送等人口密集地區的服務。

2024年還會進一步投放續航為500公裡的中型電動卡車,考慮到實際運行情況,這一續航裡程也是夠用的。因為在歐盟的運輸規範中,卡車司機必須每工作4.5小時就強制休息45分鐘,卡車可以利用這段時間進行能量補充。

在此期間,氫燃料電池卡車的研究重點將是如何在保證可靠性的前提下,降低卡車的製造成本。

德國聯邦政府也為該項目提供了超過1500萬歐元的支持,並將在繼續提供數十億歐元資金,完善德國氫燃料電池系統,有分析稱,這是一種努力彌補德國在動力電池上潰敗的補救措施。

2018年2月,當時吉利控股集團斥資90億美元(約合人民幣640億元),收購戴姆勒9.69%的股份,從而成為該集團第一大股東

可以預見的是,一旦技術成熟開始向更廣闊的市場推廣,聯邦政府很可能像現在補貼純電動汽車的方式,推廣氫燃料電池汽車。相比較於純電動汽車,氫燃料電池擁有無法比擬的超高能量密度優勢,現在最大的限制在於制氫和儲氫兩個環節。

不像現在主流的電池,液態氫的存儲在原理上依然有突破空間。常年霸榜的世界首富比爾蓋茨近年來投入氣候變化和疾病預防等領域,曾在前段時間發布博客稱純電池驅動的卡車希望渺茫,想要驅動更重的卡車就需要更大的電池,更大的電池進一步造成卡車重量的上升。

相比之下,生物燃料是一種更值得考慮的柴油替代方式。值得一提的是,氫燃料卡車的研發還有沃爾沃集團的參與,兩者成立合資公司共同推進氫燃料卡車項目,旨在希望通過合資的方式降低研發成本。

Mercedes-Benz GenH2將會從這項合作中收益。更有意思的是,中國吉利集團是戴姆勒奔馳和沃爾沃集團的大股東,這兩家傳統卡車製造商的聯合,背後是否有吉利的參與,也是非常值得繼續深挖的一個話題。

如果真的如此,氫燃料電池卡車的技術是否會轉移到小汽車市場,亦或是吉利品牌也打算在將來推出自己的氫燃料卡車?

預計將於2025年開始實現商用的氫燃料卡車

為了鼓勵低碳排放卡車的發展,德國準備施行根據碳排放水平徵稅的稅收策略,在確定了2060年實現碳中和的背景下,未來中國也將會進行效仿,從而推動環境和能源轉型。事實上,中石化已經開始部署未來的氫能戰略。

可以確定的是,未來40年的時間,作為碳排放的重要分支,交通運輸將會被政策和各方壓力逐步推向碳中和。

委內瑞拉石油價格查詢:(https://zh.globalpetrolprices.com/Venezuela/gasoline_prices/)(文/卡家號:GUAN)

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