氢燃料电池未来会成为卡车主要能源吗?

氢燃料电池未来会成为卡车主要能源吗?
GUAN

通达有道 四海无疆

当你看到下面这段话时,先不要着急拉到底部的评论区,把我臭骂一顿,如果你愿意花上三分钟的时间,耐心看一看、想一想,这将会带来非同寻常的收获。

从上个世纪90年代以来,每隔一段时间就会有“水变油”的新闻刷新我们认知的三观,且每每最后都会被证明是一种拙劣的营销。

“水变油”真正吸引我们的,不是什么科技和环保,而是人们期望石油能源的价格可以降低到饮用水的价格水平,从而能够以更低廉的价格进行时空运输。其实老实说,德国每升柴油的价格已经与市场上高端饮用水价格打平,大约为8人民币/升。

石油资源丰富的委内瑞拉价格甚至低到不及0.2元人民币/升。单就对于众多中东以及北非等油气资源丰富的国家来说,“水变油”是毫无吸引力的。

但是从能源储量、摆脱石油体系依赖和环保这一角度考虑,“水变油”又有了非常明显的优势。问题在于,现有科技水平下是否有这样一种或多种技术组合实现这一转变?

氢燃料电池未来会成为卡车主要能源吗?

氢燃料电池非常有希望成为未来卡车的主要能源载体

其实这一理论模型早在上个世纪就已经被证明可行了。首先利用电解水的方式将水利用电能转化为氢和氧,再把原料氢注入燃料电池或者是当作燃烧剂注入内燃机从而产生动力,燃料电池的排放物只有纯净水。

考虑到能量转化效率问题,现在主流的技术路线是发展燃料电池,宝马集团曾经在2006年探索过氢内燃机的能源利用方式,当时的产品是BMW Hydrogen 7,然而因为制氢和储氢等技术的局限,这一技术并未实现广泛的商业应用。

这里有一个非常关键的问题,既然已经有电能了,为何还要绕一圈先产生氢气,再利用氢气去产生电能?直接利用电能驱动车辆行驶不是更简单么?

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戴姆勒奔驰正在研发的GenH2 Truck

既然如此,戴姆勒・奔驰为何在今年推出氢动力卡车GenH2 Truck,其背后的技术和商用逻辑又在哪里呢?且听我慢慢道来。戴姆勒奔驰GenH2的前脸几乎是全封闭的,甚至取消了传统的汽车后视镜,不仅让其看起来非常有未来感,同时还可在定速巡航的过程中减少风切产生的阻力。

这主要是得益于能量效率的提升,在电动平台上将不会有内燃机平台那样高的散热需求,因此避免了大型通风口的设计。

细长型的LED蓝色大灯让车头辨识感更强。戴姆勒奔驰GenH2 Truck将会采用燃料电池作为能源,配备有两个低温的液氢罐(零下253度),每个液氢罐存储40KG的液态氢。

目前主流的储氢方式有有低温液态、高压气态、固态储氢和金属氢化物储氢四种方式,考虑到储氢设备的重量和体积因素,奔驰选择了前者。更紧凑的能量结构解放了卡车的部分运力和装载空间。

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最核心的氢燃料电池模块展示

戴姆勒奔驰GenH2 Truck总重量为40吨,有效载荷为25吨,预计续航里程超过1000公里,将会于2023年与特定客户进行原型车试验,并于5年后投入商用市场。考虑到能量密度的问题,戴姆勒卡车在液气两种储氢状态中,优先选择了液态储氢。

在实际使用中,两块燃料电池可以提供300KW的持续电力输出,并为电动机和动力电池充电。动力电池容量大小为70kWh,最高输出功率为400kW,电池还可回收卡车制动产生的能量。

燃料电池和动力电池可以在上坡路段共同为两台各230kW的电动机提供能量,实现460kW(1577Nm,折合736匹马力)和峰值660kW(2071Nm,折合1056匹马力)的动力输出。动力系统还包括一套加热和制冷系统,从而保证各个组件工作在合理温度范围内。

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预计续航里程超过960公里的特斯拉纯电动卡车Semi,将会是戴姆勒奔驰的主要竞争对手

总得来说,这套动力系统结构稍微有些复杂,类似国内车和家旗下理想One的增程混动模式。考虑到65吨的最大总重,这样的动力参数并不夸张。得益于技术的进步,储氢的规模变得比以前更大而制氢的成本也变得进一步更低了。

对于进行长途运输的卡车来说,使用液态氢作为能量载体要比电池拥有更高的能量密度,更轻的重量,同时还有更高的能量补充速度。这就是为何戴姆勒・奔驰看似用舍近求远的方式开发燃料电池动力平台的原因。

戴姆勒已经在氢燃料电池研究领域深耕了20余年,在德国交通部长安德烈亚斯・舒尔的站台下,戴姆勒・奔驰的GenH2 Truck似乎比美国初创公司特斯拉和尼古拉的电动卡车产品更为可靠。

今年9月份,兴登堡研究中心的一份分析报告更是让尼古拉公司的氢燃料电池卡车面临严重的信用危机。目前来看,戴姆勒集团主要的竞争对手便是美国的特斯拉公司。

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戴姆勒奔驰正在研发的GenH2 Truck

为了应对气候变化挑战,戴姆勒集团决定从2039年开始,只销售碳中和的汽车,其中不包括乌尼莫克消防车这类专营市场领域。考虑到来自欧盟的进一步压力,这一目标最终还有可能提前。欧盟希望在2030年可以大幅度缩减二氧化碳排放。

在这一政策目标下,各大卡车制造商面临很大的压力,因为目前的重型卡车几乎全部使用柴油引擎进行驱动,希望通过对柴油动力的优化实现二氧化碳大幅度减排在10年内是很难做到的。

奔驰戴姆勒集团为此开发了名为“ePowertrain”的商用车模块化电气平台,今后的中型和重型商用电气化车型都将以该平台为基础进行拓展。

“ePowertrain”的特点是在一个或者两个车轴上集成电动机和齿轮机构,进而相比较于中央布置电动机的方式,结构更加紧凑。

如果说前几年对卡车电气化的前景还有疑虑的话,现在无论如何也不会有很多人这么想了,只是大家更多地在讨论具体技术路线和发展方向。

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戴姆勒集团卡车电气化进程中三款重要型号,从左至右分别为eActros、eActros LongHaul、GenH2 Truck

奔驰则对未来充满信心,除了氢燃料电池卡车外,他们还准备了续航为200公里的eActros纯电动卡车,2021年就可以实现量产,该型号卡车可满足短途运输的需要,尤其适用于城市配送等人口密集地区的服务。

2024年还会进一步投放续航为500公里的中型电动卡车,考虑到实际运行情况,这一续航里程也是够用的。因为在欧盟的运输规范中,卡车司机必须每工作4.5小时就强制休息45分钟,卡车可以利用这段时间进行能量补充。

在此期间,氢燃料电池卡车的研究重点将是如何在保证可靠性的前提下,降低卡车的制造成本。

德国联邦政府也为该项目提供了超过1500万欧元的支持,并将在继续提供数十亿欧元资金,完善德国氢燃料电池系统,有分析称,这是一种努力弥补德国在动力电池上溃败的补救措施。

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2018年2月,当时吉利控股集团斥资90亿美元(约合人民币640亿元),收购戴姆勒9.69%的股份,从而成为该集团第一大股东

可以预见的是,一旦技术成熟开始向更广阔的市场推广,联邦政府很可能像现在补贴纯电动汽车的方式,推广氢燃料电池汽车。相比较于纯电动汽车,氢燃料电池拥有无法比拟的超高能量密度优势,现在最大的限制在于制氢和储氢两个环节。

不像现在主流的电池,液态氢的存储在原理上依然有突破空间。常年霸榜的世界首富比尔盖茨近年来投入气候变化和疾病预防等领域,曾在前段时间发布博客称纯电池驱动的卡车希望渺茫,想要驱动更重的卡车就需要更大的电池,更大的电池进一步造成卡车重量的上升。

相比之下,生物燃料是一种更值得考虑的柴油替代方式。值得一提的是,氢燃料卡车的研发还有沃尔沃集团的参与,两者成立合资公司共同推进氢燃料卡车项目,旨在希望通过合资的方式降低研发成本。

Mercedes-Benz GenH2将会从这项合作中收益。更有意思的是,中国吉利集团是戴姆勒奔驰和沃尔沃集团的大股东,这两家传统卡车制造商的联合,背后是否有吉利的参与,也是非常值得继续深挖的一个话题。

如果真的如此,氢燃料电池卡车的技术是否会转移到小汽车市场,亦或是吉利品牌也打算在将来推出自己的氢燃料卡车?

氢燃料电池未来会成为卡车主要能源吗?

预计将于2025年开始实现商用的氢燃料卡车

为了鼓励低碳排放卡车的发展,德国准备施行根据碳排放水平征税的税收策略,在确定了2060年实现碳中和的背景下,未来中国也将会进行效仿,从而推动环境和能源转型。事实上,中石化已经开始部署未来的氢能战略。

可以确定的是,未来40年的时间,作为碳排放的重要分支,交通运输将会被政策和各方压力逐步推向碳中和。

委内瑞拉石油价格查询:(https://zh.globalpetrolprices.com/Venezuela/gasoline_prices/)(文/卡家号:GUAN)

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