为什么每个人都在谈论氢?

如果氢燃料是未来，那么它已经存在了很长一段时间。1874年，科幻小说作家儒勒·凡尔纳提出了一个有先见之明的观点，认为氢是一种取之不尽用之不竭的能源，从此激励了各国政府和企业家。

在20世纪70年代的石油危机期间，氢再次作为汽车的潜在替代燃料而浮出水面。2003年，乔治·布什在对气候变化的第一波真正关注中宣布了氢燃料汽车。

如今，在凡尔纳的著名小说《神秘岛》问世147年后，在气候挑战从未如此紧迫的时代，氢再次成为人们关注的焦点。

大局及其重要性

2019年6月，英国成为第一个设定具有法律约束力的目标的主要经济体，到2050年将其温室气体排放减至零。这将比1990年的水平下降约100%。

2021年3月，政府宣布我们已经实现了一半。这一里程碑是在2020年温室气体排放量创纪录地下降11%之后达到的，主要是由于新冠肺炎大流行期间经济活动的暂时减少。然而，这可能只是暂时的“短暂现象”，随着经济处于反弹过程，预计这一水平将再次上升。那么，我们如何确保自己走在正确的道路上呢?

英国最大的温室气体排放来源是交通运输，约占27%。令人担忧的是，到目前为止，交通运输在减排方面也是表现最差的——与1990年的水平相比，仅减少了2%。尽管需要取得重大进展，但电动汽车几乎占据了主导地位，这对替代能源造成了损害，比如氢燃料，它可以发挥强大的作用。为了改变这种状况，英国政府最近宣布了1.71亿英镑的资金，用于九个项目的减排和开发全链氢项目，同时概述了一项计划，将引入工业污染碳定价作为其气候变化战略的一部分。

简单来说就是氢

氢是元素周期表中已知最轻的元素。它也是宇宙中最丰富的物质，几乎占所有物质的90%。氢的用途非常广泛，可以用来制造非常复杂的碳氢化合物分子，比如天然气和石油等。氢的最大来源之一是水，水可以通过电分解成氢和氧，这个过程被称为电解水。为了产生电力，氢和氧通过质子交换通过电化学电池，类似于电池。这一过程产生电流，少量热量，并在过程中排出水，使其成为一种非常清洁的能源，零碳排放。

氢和乘用车

尽管电动汽车(ev)尚未完全成为主流，但制造商仍在根据政府规定不断开发新车型，稳步增加消费者需求，并加大对配套基础设施的投资。2020年，纯电动汽车(bev)和插电式混合动力汽车(phev)的销量占全球汽车市场的4.2%，而2019年仅为2.5%。

氢燃料要想迎头赶上，就需要巨大的政策支持，因为路上没有足够的车辆，没有必要进行大规模的燃料站建设计划。到目前为止，只有三款燃料电池汽车(FCEV)的乘用车存在于特定市场:丰田Mirai，现代Nexo和本田Clarity。由于缺乏投资和开发，与替代能源相比，汽车成本仍然很高，使得氢燃料对消费者的吸引力降低。显然，纯电动乘用车将是中短期的赢家。

那么，真正的问题是如何使市场上的大型汽车脱碳。我们有充分的理由认为，这些产品不太可能像小型产品那样利用相同的电池技术，主要原因是电池的重量和体积都很大。然而，氢的使用在道路交通中发展迅速，特别是公共汽车和大型商用车辆。

我们来谈谈公共汽车

尽管取得了令人印象深刻的进步，公交车电池技术仍然不是最佳的，特别是由于较差的续航距离和在寒冷天气下更快的电池放电。为了避免把所有的清洁能源鸡蛋放在一个篮子里，英国一直在评估氢燃料电池作为替代能源。随着一项新的国家战略“巴士恢复得更好”，英国政府承诺停止销售新的柴油巴士，并增加英国制造的零排放车型的销量。作为这一举措的一部分，Wrightbus计划向英国引进3000辆氢燃料巴士，首批50辆很快将部署在几个城市。

氢动力巴士的前期成本最初远高于柴油或电动巴士，每辆都接近100万英镑。由于技术进步，价格已经显著下降，因为早期部署与电力替代。由于氢燃料巴士能够比同等的电池巴士储存更多的能量，它们能够服务更长的路线，并且可以在几分钟内补充燃料。与电池充电不同，电解对能源网络的全天需求相对稳定，需要对现有的基础设施进行大量投资，以容纳越来越多的公交车。到目前为止，这只可能在选定的站点。例如，阿伯丁的国王街车厂必须承担一些重要的工作，从每个停车位的电气点到预热车辆，到屋顶传感器绘制大气中的氢水平，以及对车间的改造。要使这项技术在全国范围内可行，需要大量投资。

氢和卡车

根据运输与环境协会的数据，虽然卡车只占欧盟车辆总量的2%，但却占了道路运输碳排放的22%。欧洲卡车制造商同意共同努力，为氢燃料卡车的大众市场推出创造合适的条件。依维科(Iveco)、戴姆勒(Daimler)和沃尔沃(Volvo)与能源公司壳牌(Shell)和OMV联手组建了H2Accelerate，旨在帮助氢燃料卡车在非洲大陆取得突破。

与此同时，在瑞士，现代已经开始交付他们的XCIENT燃料电池汽车(fcev)，计划到2025年推出1600辆卡车。这些卡车由190千瓦的氢燃料电池驱动，一次充电可行驶400公里。英国应该匹配这种雄心，发展基础设施，支持大规模部署这项技术。

为了解决目前的“鸡和蛋”问题，鼓励氢供应和新型氢气汽车的开发，可以通过在具有低成本、低碳氢潜在来源的工业区(如阿伯丁或蒂斯谷)创建“氢运输集群”，这些地区对交通运输也有很大的需求，这些交通工具很大程度上依赖于这些地区。壳牌和ITM电力公司正在为英国的氢燃料卡车、公共汽车、火车和轮船开发一个燃料补充网络，但还有很长的路要走。由于没有完善的分销基础设施，氢可能至少需要5到10年才能大规模用于重型货车

作为向正确方向迈出的一步，英国政府最近为三个项目提供了5400万英镑的资金，用于开发用于商用车辆和公共汽车的氢动力系统技术，而3200万英镑将直接用于开发用于重型货车的电力推进系统。

人们经常认为，纯电动汽车将用于较短的行驶距离，而生物燃料将用于较长的行驶距离，因此氢燃料没有中间地带。氢燃料和电池之间的决定因素主要是操作方面的考虑，如航程、有效载荷、加油时间和可用的基础设施。用电池给卡车供电不像给汽车供电那么简单，因为增加的重量相当于每辆卡车损失约4吨的载货能力，或约10%。这些大型商用车辆根本负担不起牺牲有效载荷来容纳电池的重量。

障碍和挑战

英国大约有15个加氢站，基础设施远不如纯电动汽车充电网络发达。因此，燃料电池汽车的普及落后于纯电动汽车，主要的原始设备制造商纷纷退出氢燃料汽车的竞争，斯堪尼亚是最新的一个。与此同时，包括丰田和现代在内的几家关键制造商仍致力于FCEV的开发，而政府支持一个新的氢平台开发计划，作为捷豹路虎正在进行的转型计划的一部分。在氢有机会成为主流之前，还需要进行大量的工作，从大规模生产到基础设施燃料的投资。

阻碍氢燃料电池广泛采用的一个主要方面是主要的制氢过程。大约85%的氢是由甲烷产生的，因此污染非常严重。电解水，虽然有希望和清洁，但还不够有效，也没有达到工业规模。从氧气中分离氢的过程消耗的能量大约是汽车内部燃料电池产生的能量的三倍，在能源效率方面落后于纯电动汽车。

在这一点上，讨论往往转向成本，因为氢气仍然比汽油或纯电动汽车等竞争对手更贵，部分原因是所涉及的复杂技术。幸运的是，这种情况正在迅速改变。由于制造业的进步，安装成本持续下降，可再生能源发电正在稳步增长。随着电解过程的成本越来越低，氢的成本也越来越低。此外，一个不断增长的行业将从规模经济(包括自动化和数字化)中受益，汽油和纯电动汽车已经经历了这一过程，而科学家们也在孜孜不倦地改进氢生产过程，近年来取得了令人瞩目的进展。最后，碳排放的成本预计将大幅增加，这是使氢气更便宜的方程式的一部分。随着我们继续发展该行业并向前沿推进，我们可以预期它将与替代燃料资源竞争。

凡尔纳会怎么说呢?

在儒勒·凡尔纳(Jules Verne)首次设想氢气驱动的世界近150年后，人们仍然不清楚这个想法究竟有多有先见之明。私营企业和政府对纯电动汽车技术的大量投资，使得一些观察人士宣布，对这种卓越的环保能源的竞争即将结束。虽然这篇文章指出了以氢为燃料的公共汽车和卡车的有趣发展，但提到轮船和飞机也很重要，因为氢的优势可能一直证明凡尔纳是正确的。