文|創(chuàng)瞰巴黎 Hugo Leroux

編輯|Meister Xia

導(dǎo)讀

在交通運(yùn)輸和能源領(lǐng)域，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的驅(qū)動，乙醇、氨、氫和甲醇等新能源，正在被全球汽車、船舶、航空等行業(yè)高度關(guān)注，新能源發(fā)動機(jī)有望助力陸運(yùn)、海運(yùn)、空運(yùn)減排。

一覽：

• 使用氫氣、氫衍生物等新燃料的發(fā)動機(jī)可幫助卡車、船運(yùn)、飛機(jī)減碳。
• 新燃料發(fā)動機(jī)有兩大優(yōu)勢——無需大的技術(shù)突破；成本可控。
• 氫氣發(fā)動機(jī)與燃料電池一樣可用于重型卡車。
• 人造燃料及氨氣應(yīng)用于航空及船運(yùn)。
• 航空及船運(yùn)業(yè)減碳更難，需要多方面技術(shù)進(jìn)步。

使用氫燃料、氫衍生物燃料（如氨）等新能源的發(fā)動機(jī)再次受到關(guān)注。新能源發(fā)動機(jī)有望助力陸運(yùn)、海運(yùn)、空運(yùn)減排。

美國發(fā)動機(jī)公司康明斯正在測試氫燃料卡車發(fā)動機(jī)；法國雷諾卡車正同法國石油與新能源研究院共同開發(fā)新能源發(fā)動機(jī)；空客已宣布2035年將推出由燃?xì)鉁u輪驅(qū)動的氫能飛機(jī)。這些趨勢說明傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)并非明日黃花，甚至可以通過燃料去碳化為實(shí)現(xiàn)2050年長途交通碳中和目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

01 氫燃料發(fā)動機(jī)

氫分子能量密度很高，可通過水電解這一清潔的方法生產(chǎn)，而水電解僅消耗可再生能源或核能。電池是目前降低私家車碳足跡的主流方案，但對重型車來說不夠方便。法國石油與新能源研究院交通研究中心主任Ga?tan Monnier說：“公交車、面包車等車型的電池可在制動過程中回收能量，但對于重型車輛來說，哪怕帶上350千瓦的大電池，仍需每跑300公里就充一次電?！睔W盟2020年出臺了“碳中和歐洲氫能戰(zhàn)略”，提出2030年以前歐洲300萬卡車中將有10萬輛采用低碳的氫能。Monnier說：“最初的想法是使用氫燃料電池驅(qū)動電機(jī)。但直接使用內(nèi)燃機(jī)燃燒氫氣這一想法也早在幾年前便引起了研究者和汽車生產(chǎn)商的興趣。”

“氫氣內(nèi)燃機(jī)是交通減碳的低成本解決方案?！?/p>

內(nèi)燃機(jī)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是僅需在現(xiàn)有設(shè)計(jì)上做局部調(diào)整，勃艮第大學(xué)汽車和交通工程研究所主任Luis Le Moyne說：“氫氣內(nèi)燃機(jī)需要使用能經(jīng)受高溫的金屬，還需要采用適合氫氣這一易燃?xì)怏w的噴射系統(tǒng)，控制效果也要重新評估……但這些因素都無需技術(shù)突破。”其次，使用內(nèi)燃機(jī)可以讓生產(chǎn)商保住現(xiàn)有產(chǎn)線，不用大幅增加成本及漲價(jià)。Le Moyne總結(jié)道：“氫氣內(nèi)燃機(jī)是交通減碳的低成本解決方案?！?/p>

相比之下，燃料電池還沒有大規(guī)模生產(chǎn)，且需要用到鉑金這一稀有金屬，導(dǎo)致車輛成本較高。Monnier說：“燃料電池的使用壽命較短，需考慮車輛生命周期內(nèi)電池更換的問題。”但燃料電池能源效率更高，高至65%，氫氣內(nèi)燃機(jī)最高則僅為45%。哪個(gè)方案更好？現(xiàn)在還不明確。Monnier說：“氫氣內(nèi)燃機(jī)成本更低，但在車輛生命周期里耗能更多。兩個(gè)方案在不同的車輛使用場景下各有優(yōu)勢?！?/p>

02 氫燃料的航空風(fēng)險(xiǎn)

航空同樣面對氫氣與燃?xì)鉁u輪之辯?？湛蛢煞N方案都在測試，希望能在2035年以前讓氫動力飛機(jī)飛上藍(lán)天。但國際能源署前分析師Cédric Phillibert說：“難點(diǎn)不在推力，而是機(jī)上氫燃料的存儲。氫燃料必須以密度最大的液態(tài)存儲?！钡幢闶且簯B(tài)，氫燃料所占的空間也是煤油的四倍，且所需存儲溫度極低，需保持在-253°C。為減少熱量損失，液態(tài)儲氫罐的形狀為球體或圓柱體，因此無法放置于機(jī)翼，只能放于機(jī)身。這就意味著航空器的形態(tài)必須完全改變。因此飛機(jī)制造商正在研究現(xiàn)有渦輪不變，探索使用一種更“實(shí)際”的燃料——人造燃料。

人造燃料相當(dāng)于去碳版的柴油，可使用無碳?xì)錃夂痛髿庵胁蹲降亩趸纪ㄟ^費(fèi)托合成工藝制成。費(fèi)托合成人造燃料要耗費(fèi)很多能源，全流程能源效率為15%，而氫燃料的全流程能源效率為30%。盡管如此，人造燃料仍有很大的優(yōu)勢。Phillibert說：“人造燃料不需要改變飛機(jī)或機(jī)場的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)?！比嗽烊剂舷啾纫兹嫉臍錃飧子谶\(yùn)輸。Phillibert補(bǔ)充道：“因此，我們可以自己大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，人造燃料則從可再生能源充足的國家進(jìn)口?！北r(shí)捷的做法便符合這一思路，于2021年在智利建立了eFuel合成燃料工廠。

03 氨氣助海運(yùn)減碳

海運(yùn)業(yè)也采用了類似的思維方式。針對長途海運(yùn)，曾有人提出可以燃燒氫氣，但現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用與氫氣接近的氨氣。氨氣的化學(xué)式為NH3，可使用無碳?xì)錃夂偷獨(dú)馔ㄟ^哈柏法制成。法國石油與新能源研究院經(jīng)濟(jì)監(jiān)測部主任Fran ois Kalaydjian指出，氨氣有一個(gè)好處：“現(xiàn)有港口已經(jīng)能裝卸氨氣。氨氣在-33.5°C即可保持液態(tài)，可用于生產(chǎn)工業(yè)肥料?！钡露ㄕ撨€太早，氨氣是一種有毒氣體，必須小心處理。因此，氣態(tài)甲醇（通過無碳?xì)錃夂投趸贾苽洌?，也有可能成為貨船兩沖程發(fā)動機(jī)的主要燃料。

“實(shí)現(xiàn)交通減碳，必需各種技術(shù)多管齊下?！?/p>

氫氣發(fā)動機(jī)、燃料電池、人造燃料、氫氣、甲醇等各種燃料都可作為長途運(yùn)輸減碳的選項(xiàng)。Monnier總結(jié)道：“對汽車行業(yè)來說，電池會是最重要的技術(shù)。但海運(yùn)業(yè)的未來需要多方面技術(shù)。海運(yùn)業(yè)脫碳更難，所需技術(shù)更多?！币虼?，未來不僅要靠氫氣發(fā)動機(jī)和衍生技術(shù)，我們要多措并舉才能克服挑戰(zhàn)。

這一結(jié)論與歐洲運(yùn)輸與環(huán)境聯(lián)合會等環(huán)保組織的觀點(diǎn)相反。環(huán)保組織支持道路交通完全電氣化。歐洲委員會將在2023年前幾個(gè)月決定“零排放車輛”的定義，現(xiàn)在這一概念僅限于每公里二氧化碳排放低于1克的車輛。Monnier說：“如延用這一標(biāo)準(zhǔn)，氫氣或氨氣等無碳內(nèi)燃機(jī)可能無法算作零排放，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)還是要燒一小部分油的。但那點(diǎn)二氧化碳又很難量化。” Kalaydjian總結(jié)道：“偏愛少數(shù)幾種技術(shù)弊大于利，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)交通減碳必需各種技術(shù)多管齊下?！?/p>