氫氣:電動汽車的下一波浪潮?

2021-01-19 OFweek維科網

麥肯錫諮詢公司發布《氫氣:電動汽車的下一波浪潮?》,在此ERR能研微訊團隊對全文進行了翻譯,分享給大家!

電池電動汽車正在成為頭條新聞,但燃料電池正在獲得動力—這是有充分理由的。氫可以在可再生能源系統和未來的移動性中發揮重要作用。

在2015年巴黎舉行的COP21會議上,195個國家同意將全球變暖保持在工業前水平2攝氏度以下。為了達到這一目標,即使人口增長超過20億,到2050年,世界仍需要將與能源有關的二氧化碳(CO2)排放量減少60%。這需要我們的能源系統發生巨大變化:能源效率的大幅提高,向可再生能源和低碳能源載體的過渡,以及工業捕獲、儲存或再利用剩餘化石燃料產生的二氧化碳排放的速度的提高。

巴黎協定兩年後,在波恩舉行的COP23會議上,氫理事會(由汽車、石油和天然氣、工業天然氣和設備行業的18家公司組成的聯盟)提出了氫如何為雄心勃勃的氣候目標作出貢獻的願景。它認為氫是向可再生能源系統過渡的推動者,是廣泛應用的清潔能源載體。如果認真努力將全球變暖限制在2度,安理會估計到2050年,氫可能佔總減排需求的五分之一左右。如果政策制定者、行業和投資者加緊努力加快低碳技術的部署,這一願景是雄心勃勃的,但也是可行的。

氫在能源轉型中可以起到7個主要作用

氫是一種多用途的能量載體,可以以低碳足跡生產。它可以在能源轉換中發揮7個主要作用,從能源系統的主幹到最終用途的脫碳(圖1):

強化可再生能源系統(1-3)。通過提供長期儲能的手段,氫可以使可再生電力大規模集成到能源系統中。它允許跨區域和季節分配能量,並可作為緩衝,以提高能源系統的恢復能力。

交通運輸部門脫碳(4)。今天的交通運輸部門幾乎完全依賴化石燃料,產生的二氧化碳排放量超過20%。氫能車輛具有高性能和快速加油時間提供的便利性,可以補充電池電動車輛,實現運輸部門的廣泛脫碳。

工業能源使用側脫碳(5)。在重工業中,氫可以幫助使難以通電的過程脫碳,特別是那些需要高等級熱量的過程。氫還可以用於熱電聯產裝置,以產生工業用熱和電力。

建築熱量和電力脫碳(6)。在擁有現有天然氣網絡的地區,氫氣可以依靠現有的基礎設施,並提供一種經濟有效的加熱脫碳方法。

為工業提供清潔原料(7)。目前氫氣作為工業原料的用量—每年超過5500萬噸—可以完全脫碳。氫也可用於生產清潔化學品和鋼,通過與捕獲的碳一起用作化學原料並用作鐵礦石的還原劑。

圖1 氫能在能源轉型中發揮的7種作用

氫氣在交通運輸領域的作用體現在整個系統的願景中

如上所述,氫在能源系統中具有廣泛的應用(圖2),其中最重要的是氫運輸部門的脫碳作用。在氫能委員會的願景中,氫氣被大力部署以將全球變暖限制在2度,全球氫需求增長的三分之一可能來自交通運輸部門。到2050年,該委員會成員認為,氫動力燃料電池汽車可佔車輛總數的20%,約4億輛汽車,1500萬至2000萬輛卡車和約500萬輛公共汽車。在他們的設想中,氫將在較重和遠程路段中發揮更大的作用,因此,由於這些路段的行駛距離較長,燃料效率較低,氫對道路運輸部門的總排放減排目標的貢獻大約高出其份額的30%。

圖2 氫可以在低碳技術組合中發揮關鍵作用

在該委員會的願景中,氫動力機車也可以取代20%的內燃機車,氫基合成燃料可以為飛機和貨船提供動力。總之,如果按照所描述的程度部署氫氣,運輸部門每天可以減少2000萬桶石油。

燃料電池可以補充電池以使運輸脫碳

氫和電池通常被描述為競爭技術,近年來電池受到了很多關注(「質子對電子」)。然而,這些技術的相對優勢和劣勢表明它們應該發揮互補作用。電池電動汽車具有更高的整體燃油效率,只要它們不會因電池尺寸過大而過重,使其成為短距離和輕型車輛的理想選擇。氫能夠以更輕的重量儲存更多的能量,使燃料電池適用於具有重載荷和長距離的車輛。更快的加油也使商業車隊和其他近乎連續使用的車輛受益。技術如何相關將主要取決於電池技術將如何發展以及如何通過縮放燃料電池生產實現成本降低的速度。

到2030年,道路上將需要相當於大約8000萬輛零排放車輛,到2050年,每人每公裡平均二氧化碳排放量將減少70%。實現這些雄心勃勃的目標將需要一系列動力系統和燃料。

不僅電池電動汽車(BEV)和燃料電池電動汽車(FCEV)不會競爭,而且BEV的日益成功實際上可能推動FCEV的採用。這兩種技術都受益於電動汽車的廣泛接受,並且不斷增長的規模降低了電動傳動系統和其他部件的成本。行業專家認為,BEV和FCEV的總擁有成本可能會在未來十年內趨同,並且從今天起12或15年內與內燃機(ICE)車輛相比具有競爭力。

基於其整個生命周期,FCEV實現了非常低的二氧化碳排放,部分原因是它們不需要生產能源和資源密集型的大型電池。即使FCEV使用天然氣中的氫而沒有碳捕獲,它們比內燃機驅動的車輛排放的二氧化碳減少20~30%。實際上,氫氣的CO2強度更低:許多加油站通過可再生電力從電解中提取氫氣供應,化石能源的生產可以與有效的碳捕獲和儲存相結合。

優先級細分和用例可以引領運輸方式

正如通過技術轉變的其他行業一樣,氫氣的採用可能會出現波動(圖3)。

圖3 氫氣的採用可以從乘用車和公共汽車開始

氫燃料汽車的商業化已經開始應用於乘用車,因為氫燃料汽車最適合於更大的細分市場。在日本、韓國、美國(特別是加利福尼亞州)和德國,三款FCEV(本田Clarity、現代ix35/Tucson燃料電池和豐田Mirai)在商業上提供,另外10款預計在2020年前發布。需要很長的正常運行時間的乘坐共乘或計程車服務可能會推動早期採用,而雄心勃勃的國家目標—如2030年中國和日本道路上的180萬FCEV—可能會產生額外的動力。

由於擔心當地汙染,氫氣公交車開始受到關注,特別是在歐洲,中國,日本和韓國。韓國計劃將26000輛公共汽車轉換為氫氣,而僅上海計劃到2020年購買和運營3000輛燃料電池公共汽車。麵包車和小型客車也可以受益於對城市運輸車輛和其他商業車隊的嚴格監管。

長距離運載重型有效載荷的卡車是另一個優先考慮的部分。由於長距離和確定的路線,它們可能需要較少的基礎設施:一些估計表明350個加油站可以覆蓋整個美國。豐田等知名製造商以及尼古拉汽車等新創企業已經開始製造重型和長途卡車,以抓住蓬勃發展的貨運業的機遇。

燃料電池列車可以替代非電氣軌道上的許多柴油動力機車。第一條燃料電池電車已經在中國運營,阿爾斯通的第一輛「液壓」列車將於2018年初開始在德國接載乘客。

要實現願景中概述的2050年宏偉目標,必須在2030年前實現重要的裡程碑。氫能委員會估計,如果大力推廣基礎設施和擴大生產,在加利福尼亞、德國、日本和韓國銷售的12輛汽車中就有1輛可以使用氫能。全球範圍內,大約有5萬輛燃料電池公交車和35萬輛燃料電池卡車也將上路,節省的二氧化碳相當於350萬輛氫動力乘用車。

為了加快發展勢頭,行業、投資者和政策制定者需要加大努力

由加利福尼亞,德國,日本和韓國領導的一組地區正在推動開發,每年花費超過8.5億美元用於推進氫和燃料電池技術(圖4)。其他國家也在積極關注,包括中國,中國正在開始擴大自己的製造能力以及加油站網絡。在全球範圍內,各國已宣布到2025年將建造約2800個加氫站。與全球估計的60萬個加油站相比,這是一個很小的數字,但如果實現這一點,就足以覆蓋氫汽車的主要市場(德國倡議H2Mobility估計,全國覆蓋400個加油站)。

儘管這些投資至關重要,但要達到規模和降低成本還需要更多的投資。目前,通過燃料電池汽車節省的二氧化碳的成本估計超過1500美元/噸,並且在2030~2035年左右,為了使這項技術與傳統的技術達到平衡點,還需要進行大規模的推廣。降低成本、擴大基礎設施和增加模型選擇是刺激客戶接受該技術的先決條件。

氫能委員會估計到2030年需要2800億美元的投資。這筆投資中約有60%用於擴大氫氣的生產,儲存和分配,30%用於系列開發,生產線和新業務模式。不到10%—約200億美元—將需要建設15000個站點的全球氫氣加油基礎設施,目前缺乏該基礎設施是FCEV採用的主要瓶頸。

擴大基礎設施部署必須進一步降低氫成本。在德國建造一個中型加油站已經花費了五年前的一半,大約100萬美元,但需要進一步減少以支持進入大眾市場。根據規模,氫氣理事會估計每個FCEV的基礎設施成本可能低於1000美元。同樣,車輛成本需要進一步降低,以支持向大眾市場的推廣。

圖4 政府每年投入大約8.5億美元的氫氣

雖然到2030年每年的總投資需求為200億至250億美元,這對氫能產業來說是一個重大進步,但全球每年已投入超過1.7萬億美元的能源,其中包括6500億美元的石油和天然氣,3000億美元的可再生電力,以及汽車行業超過3000億美元。從中期來看,投資可以創造一個自給自足的市場,超過2.5萬億美元,並在價值鏈上創造約3000萬個就業崗位—基於目前汽車,設備銷售額每100萬美元約12個工作崗位的乘數,和石油和天然氣工業—如果實現2050年願景。

相關焦點

  • 奇瑞推出氫能源汽車,加滿氫氣跑700公裡,誰還買電動汽車?
    近年來無論是國產品牌還是國外品牌,都將生產重心由傳統的燃油車轉移到新能源汽車上。目前國內最常見的新能源品牌主要分為兩大類,一類是油電混動汽車,另外也是純電動汽車。目前奇瑞旗下的首款氫燃料汽車已經正式進入項目上報環節,這款車是基於艾瑞澤五打造出來的,車內搭載了兩個容量為3.58公斤的儲氣罐,加一次氫氣續航裡程超過700公裡。這個成績在國產新能源汽車中裡遙遙領先,加氫氣方便,續航裡程已經超越了絕大部分電動汽車。
  • 2018對比純電動汽車和加氫氣及燃油汽車,看完後買新車不會吃虧
    作者:貓大叔今天給大家分析下三類汽車,純電動汽車、加氫氣汽車、燃油車,看完發動機,你在考慮買哪類也不遲。雪佛蘭Bolt過去的一年裡「純電動汽車」,話題一直沒降溫過,特斯拉MODEL3,BYD等電動汽車,在價格上比燃油車稍微貴點,大家關心的重點就是續航能力,Bolt滿電(60千瓦)能跑380KM,用SAE標準直流快充系統,充
  • 發展燃料電池汽車,氫氣從哪裡來?
    許多朋友問筆者,發展燃料電池汽車,氫氣從哪裡來?我一直在尋找答案,還是認為不太理想。於是靜下心來,找資料,歸納分享。一、氫氣從哪裡來?原則性回答是:發展燃料電池汽車,需要成規模氫氣供應,這是必然的。大自然裡沒有氫氣,這是常識。
  • 中石化能給汽車加氫氣了!會不會引發新能源汽車格局變化?
    這段時間,中石化和日本能源集團籤訂了JXTG協議,雙方約定將在第三方市場共同開發建設氫燃料加氣站,中石化方面在已有的加油站的基礎上再建設加氫站,JXTG有利用汽車燃料供應相關的基礎設施和專利技術,可以建設起非常高效的氫氣燃料供應鏈,雙方表示氫燃料電池汽車目前的最大難題是加氫,雙方達成共識,在這個領域深度合作
  • 「真正意義」的新能源汽車,氫氣作為動力,一次加滿行駛1000公裡
    「真正意義」的新能源汽車,氫氣作為動力,一次加滿行駛1000公裡大家好,我是老爹,歡迎來到新的一期老爹說車。幾乎所有人都能看出國內未來汽車發展的趨勢是新能源汽車,幾乎國內所有車企也都在生產和研發新能源汽車,就連吉利前段時間也與奔馳SMART成功合作,致力於將smart打造成新能源汽車。當然這也是世界未來發展的趨勢。不過,國內目前打造的新能源汽車存在諸多問題,尤其是續航能力差讓消費者頭疼不已。用戶不但要面臨電動汽車的續航問題,還有像是充電,電池壽命等一系列問題。
  • 春節回家再也不用排長隊加油,日本新能源氫氣汽車,你值得擁有
    為了減少汽車尾氣的排放,現在許多汽車廠家都在研究開發新能源汽車,小編在街上隨處可見一些掛著綠色牌照的汽車,一開始還很好奇為什麼有些汽車車牌跟其他汽車的車牌不一樣,後來才發現,綠色車牌的汽車是純電動的。電動汽車也不是完全沒有汙染的,而且它的價格相對於其他加油型汽車是比較貴的,電池也是有一定壽命需要經常更換,對於電池的一個汙染,小編相信也是比較嚴重的。
  • 汽車小知識:電動汽車分類
    電動汽車在這兩方面具有的優勢受到各國及各大車企的廣泛關注,全球各大車企紛紛布局電動汽車產業,從近期德系三強頻繁出資布局電動汽車電池業務,就可見一斑。 2020年5月29日大眾投資11億歐元入股國軒高科,布局電動汽車動力電池業務,6月15日大眾完成100%控制奧迪,旨在加速其電動化進程。
  • 續航可達5000公裡 美國研發新型電動汽車充液電池
    續航可達5000公裡 美國研發新型電動汽車充液電池   2019年3月15日據外媒消息報導,美國普渡大學研究人員利用一種獲得專利的「流體」系統,開發了一項新的電動汽車電池技術,使電動汽車續航裡程可以超過5000公裡。
  • AFC能源公司推出氫動力充電器 可隨時隨地為電動汽車充電
    (圖源:AFC官網)蓋世汽車訊據外媒報導,英國AFC能源公司推出電動汽車氫動力充電器。這一自給式充電系統基於鹼性氫燃料電池技術,有效克服電網覆蓋不良的問題,可在任何需要的地方為電動汽車快速充電。最新研究顯示,在英國,要實現電動汽車部署目標,需要投資近1000億英鎊,才能在全國範圍內完成充電網絡升級,並部署專用電動汽車充電站。而且,車隊、商用車輛及停車場等運營商,需要大規模快速充電,在某些情況下,如果不進行本地化電網升級,就無法滿足這一需求。
  • 瑞典查爾姆斯理工大學研最快氫氣傳感器防止氫動力汽車氫氣洩露起火
    氫是一種清潔可再生能源載體,能夠為汽車提供動力,而唯一排放物是水。但是,氫氣和空氣混合時卻極易燃,因而需要特別有效的傳感器進行監控。如今,瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究人員研發出首個氫氣傳感器,以滿足未來氫動力汽車的性能目標。
  • GB/T 24548-2009 英文版/English/翻譯/燃料電池電動汽車 術語
    ChinaAutoRegs|GB/T 24548-2009 英文版/English/翻譯/燃料電池電動汽車 術語Fuel Cell Electric Vehicles - Terminology整車氫氣排放測試方法 Fuel cell electric vehicles - Test methods of hydrogen emissionGB/T 36288-2018 英文版 燃料電池電動汽車 燃料電池堆安全要求 Fuel Cell Electric Vehicles
  • 以純氫氣為燃料 新能源汽車亮相瀋陽
    以純氫氣為燃料 新能源汽車亮相瀋陽 來源:中國科技網   發布者:ailsa   日期:2018-01-19   今日/總瀏覽:1/2368
  • 前沿觀察|氫氣產量將在短短5年內增加五倍
    越來越多的國家和行業都致力於投資氫能技術,氫氣被稱為「未來的燃料」。與此同時,業內專家預測,氫氣可能像石油和天然氣一樣成為全球交易的能源。而美國銀行(Bank of America)表示,該行業正處於臨界點,將迅速發展成具有價值11萬億美元規模的市場。對於這個飽受爭議的行業,這些看漲預測可能只是空想。然而,在我們還處於觀望期時,氫能發展計劃已經逐漸成型。
  • 電動汽車和氫燃料電池汽車 誰才是內燃機的終結者?
    在取代內燃機汽車方面,電動汽車似乎已經贏得了比賽。但從長遠來看,燃料電池內在的環保優勢可能會讓它取得終極勝利。但是,在此之前,它還要跨越很多的障礙。IHS Markit預測,到2032年,純電動汽車的產量將達到每年近1800萬輛,而燃料電池汽車(FCEV)的產量將不到50萬輛。似乎這樣看來,這場比拼已見分曉。
  • 我國氫氣壓縮機發展探討及研判
    我國最早的氫氣壓縮機是上世紀六十年代由上海精業機器廠生產的氫氣壓縮機,8臺大型紅旗牌氫氣壓縮機用於液氫工程。1966年作者參與過該機的安裝。2000年中外合資天津梅塞爾凱德公司在滄州化工廠建廠,用氯化工的尾氣回收氫氣,並淨化、壓縮、裝瓶。運到北京氣體公司,準備供2008年奧運會1/3氫氣汽車之需,後來由於氫氣儲存問題而停產。
  • 美國普渡大學開發新型電動汽車充液電池 一塊電池能跑5000公裡
    PingWest品玩2月19日報導,據鳳凰科技報導,美國普渡大學研究人員利用一種獲得專利的「流體」系統,開發了一項新的電動汽車電池技術,使電動汽車續航裡程可以超過5000公裡。這項技術通過一種電池液生成驅動電動汽車所需要的電能和氫氣,目前正在高爾夫球車上進行測試。
  • 豐田全新Mirai發售:5.6Kg氫氣能跑850KM 續航全球新能源汽車之最
    打開APP 豐田全新Mirai發售:5.6Kg氫氣能跑850KM 續航全球新能源汽車之最 若風 發表於 2020-12-10 10:41:26
  • ABB合作AFC Energy 為電動汽車研發高功率零排放充電解決方案
    蓋世汽車訊 據外媒報導,近日,電力與自動化技術製造商ABB宣布與燃料電池公司AFC Energy建立戰略合作夥伴關係,為電網受限的區域研發下一代高功率可持續性電動汽車(EV)充電解決方案。
  • 5.6Kg氫氣能跑850KM 續航全球新能源汽車之最!豐田全新Mirai發售
    與電動車相比,只有一二十年歷史的量產氫燃料汽車才更像是新能源汽車。雖然在電動汽車領域沒能傲視群雄,但是油電混動和氫燃料電池方面,豐田仍然是當之無愧的領軍車企。豐田Mirai作為全球首款量產氫能源汽車,第一代車型從2014年上市之初,就備受關注。
  • 氫燃料電池汽車優缺點分析
    進入70年代以後,隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術,很快,氫燃料電池就被運用於發電和汽車。波音公司於2008年4月3日成功試飛氫燃料電池為動力源的一架小型飛機。   全球範圍內已經掀起諸多關於氫燃料電池汽車和電動汽車孰是孰非的熱議,國內輿論也不乏對中國以純電驅動為新能源汽車戰略取向的質疑。   氫燃料電池汽車是終極環保汽車。