如果卡車使用氫而不是化石燃料運(yùn)行，重型道路運(yùn)輸產(chǎn)生的二氧化碳排放可以大幅減少。與此同時(shí)，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的一項(xiàng)新研究顯示，氫氣在生產(chǎn)、分配和使用方式上的差異，會(huì)極大影響其氣候效益。

本地生產(chǎn)的綠氫是對(duì)氣候最有利的選擇，同時(shí)還具有一個(gè)額外優(yōu)勢(shì)：即使在危機(jī)和戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，也能使所有國家實(shí)現(xiàn)能源和燃料自給自足。

目前，重型道路運(yùn)輸占全球石油消費(fèi)量的五分之一；在歐盟，重型柴油卡車是交通相關(guān)溫室氣體二氧化碳排放的最大來源。未來，道路運(yùn)輸需求預(yù)計(jì)將持續(xù)增長(zhǎng)，因此該行業(yè)對(duì)石油化石燃料的需求也將隨之上升。

在重型車輛領(lǐng)域用氫取代化石燃料，是全球減少二氧化碳排放戰(zhàn)略的重要組成部分。

這項(xiàng)發(fā)表在《iScience》期刊上的查爾姆斯研究，對(duì)氫作為燃料的潛力進(jìn)行了全面分析：從生產(chǎn)和運(yùn)輸，到卡車制造中材料的選擇，再到燃料的實(shí)際使用。該研究的第一作者Jorge Enrique Velandia Vargas說：“氫在燃料電池中使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，但我們需要確保不會(huì)把排放從生命周期的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部分。因此，我們構(gòu)建了不同的未來瑞典供應(yīng)鏈情景，并對(duì)生命周期每一個(gè)階段的不同技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估。”

該研究的主要結(jié)論是，與柴油相比，重型車輛使用氫可以顯著減少二氧化碳排放。然而，不同的制氫方式和處理方式會(huì)帶來顯著不同的氣候排放，而這項(xiàng)研究為評(píng)估這些選擇提供了重要工具。

研究中最明確的發(fā)現(xiàn)之一是，藍(lán)氫（由天然氣制成，并將過程中產(chǎn)生的二氧化碳捕集并儲(chǔ)存，而不是排放到大氣中）對(duì)氣候的影響可能高于由水和可再生電力生產(chǎn)的綠氫。

查爾姆斯理工大學(xué)機(jī)械與海事科學(xué)系副教授Maria Grahn說：“從理論上看，藍(lán)氫的生產(chǎn)是氣候中性的，但在現(xiàn)實(shí)中并不是這樣。在轉(zhuǎn)化過程之后不可能捕集所有的二氧化碳，大約有5%到10%會(huì)泄漏到大氣中，而且包括制造過程在內(nèi)的整個(gè)供應(yīng)鏈還會(huì)泄漏甲烷，而甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的30倍。”

研究人員還指出，在同樣的工藝中可以用生物甲烷替代天然氣。生物甲烷是一種由糞便或食物廢棄物等有機(jī)廢物制成的可再生氣體。理論上，它可以通過植物光合作用從大氣中吸收的二氧化碳多于排放量，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)排放的制氫。

然而，該過程仍然需要碳捕集與儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施，而且每一個(gè)步驟都需要能量。研究人員認(rèn)為，因此與其先把生物甲烷轉(zhuǎn)化為氫，不如直接把生物甲烷作為卡車燃料使用，可能更為高效。

研究認(rèn)為，綠氫是對(duì)氣候最優(yōu)的選擇。它以水為原料，所需能量來自可再生能源。

Maria Grahn說：“如今我們經(jīng)常談?wù)?lsquo;韌性’，也就是一個(gè)社會(huì)或一個(gè)國家在不確定的世界中應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。

能源自給和減少碳排放同樣重要，我們已經(jīng)在俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)中看到了這一點(diǎn)。而氫可以在世界任何地方利用水以及來自太陽或風(fēng)的能量來生產(chǎn)。”

研究還顯示，在靠近加氫站的地方生產(chǎn)氫，比建設(shè)大型集中式制氫工廠對(duì)氣候更有利。如果在加氫站現(xiàn)場(chǎng)制氫，就可以避免長(zhǎng)距離運(yùn)輸氫氣，否則這會(huì)消耗大量能源并產(chǎn)生排放。

Jorge Enrique Velandia Vargas 說：“氫是所有元素中最輕的，并不‘喜歡’被運(yùn)輸。以氣態(tài)形式運(yùn)輸需要強(qiáng)力壓縮，而以液態(tài)形式運(yùn)輸則需要極端低溫冷卻。這兩種方式都會(huì)帶來能量損失，而液態(tài)氫還要面對(duì)運(yùn)輸過程中蒸發(fā)的問題。”

總體而言，研究人員認(rèn)為，只有在合適條件下，氫才能最大限度地發(fā)揮其減排作用，并避免浪費(fèi)時(shí)間和資源。該研究基于瑞典的條件，但總體結(jié)論可以推廣到全球。

Maria Grahn 說：“交通運(yùn)輸行業(yè)正在快速變化，每一個(gè)決策都會(huì)帶來長(zhǎng)期后果。因此，決策最好建立在深入的評(píng)估和生命周期分析基礎(chǔ)之上。我們的研究處于高系統(tǒng)層面，非常適合作為決策依據(jù)。”

原文鏈接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(25)01868-1

（素材來自：iScience/查爾姆斯 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）