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“零尾排”不等于“低排放”,为何氢燃料电池在部分情境下可能比柴油更“高排放”?

2025-12-22 09:28 性质:原创 作者:南山 来源:AGV网
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在公共交通低碳转型的叙事中,氢燃料电池公交常被贴上“零排放”标签:车辆端排出的主要是水蒸气,几乎不产生二氧化碳。然而,美国CleanTechnica近日刊发分析文章指出,如果把氢的制取、净化、压缩...

在公共交通低碳转型的叙事中,氢燃料电池公交常被贴上“零排放”标签:车辆端排出的主要是水蒸气,几乎不产生二氧化碳。然而,美国CleanTechnica近日刊发分析文章指出,如果把氢的制取、净化、压缩或液化、运输、储存、加注以及可能的泄漏等环节纳入“井到轮”(Well-to-Wheel,WTW)核算边界,氢能公交的全链条温室气体排放并不必然优于柴油公交,甚至在一些现实供氢与电力结构下会出现“氢比柴油排得更多”的反直觉结果。文章作者、加拿大TFIE Strategy Inc.创始人兼首席战略官Michael Barnard强调,问题的关键不在车辆尾气,而在“把一切都算进去”的系统边界与工程参数:氢从哪里来、怎么到车上、过程中损失与泄漏多少,决定了最终的气候表现。

“零尾排”不等于“低排放”

在交通领域的碳核算中,常见两种边界:其一是“车箱到车轮”,主要看车辆运行阶段的尾气排放;其二是“井到轮”,把燃料或电力的上游生产、加工、运输与末端使用一起核算。氢燃料电池公交在TTW维度的优势非常突出:运行中几乎不排放二氧化碳,因此容易被公众直观理解为“零排放”。但CleanTechnica文章提醒,公交系统的减排目标指向的是“系统总排放”,而非“车尾排放”。当政策、补贴或采购评价只盯着TTW指标时,就可能把排放从车辆端“转移”到上游能源链条,最终在WTW维度出现与预期相反的结果。

更重要的是,公交车是典型的公共系统工程:车辆寿命长、年行驶里程高、补能高度依赖固定站点与稳定供应链。对这样的场景而言,燃料链条的效率损失与碳强度差异会被“放大”,从而显著影响全生命周期表现。换句话说,氢能公交是否更低碳,不是由“氢”这个名词决定,而是由“供氢系统的真实碳足迹”决定。

制氢与供电碳强度是分水岭

CleanTechnica文章把矛头首先指向“氢从哪里来”。在现实世界中,氢气并非天然存在于工业供应链中,而是需要通过电解水或化石燃料重整等方式生产。若以电解水制氢为例,“把电变成氢,再把氢变成电驱动车辆”,中间经历多次能量转换:电解效率、氢气净化与干燥、压缩或液化、站端储存与加注、燃料电池转换效率等环节都会带来损耗。文章以工程化的方式提示:即使不讨论极端情境,仅从常见工艺的能量链条看,电解制氢要向车辆交付1千克可用氢,往往需要远高于“直接给电池充电”的电量投入;若电网边际电力仍以天然气或煤电为主,那么制氢阶段的碳排放可能迅速累积。

这与权威机构对全球氢产业结构的判断相一致。巴黎国际能源署(IEA)在多份氢能专题与年度综述中反复指出,当前全球氢供应仍以化石燃料制氢为主,“低排放氢”占比有限,供氢结构的碳强度差异巨大。把这一背景放到公交应用中就不难理解:若项目依赖高碳电网电解制氢,或依赖未实现高捕集率减排的化石制氢,那么“车端零排放”的优势可能在上游被抵消。

对于公交运营者而言,这一段逻辑可以压缩成一句可操作的结论:评价氢公交的减排效果,必须要求供氢来源可追溯、可审计,并明确电力来源与制氢路径的排放强度。否则,“绿氢”在合同与宣传中成立,但在系统排放账本上可能并不成立。

把氢送上车同样要算账

如果说“氢从哪里来”决定了上游基线,那么“氢如何到车上”决定了追加成本。氢气的物理属性决定其储运并不轻松:要么高压压缩,要么低温液化。两条路径都意味着额外能耗与设备投入,并引入运营层面的效率变量。

在压缩路径上,公开研究与机构数据表明,将氢压缩到高压加注所需压力需要消耗可观电力;当加氢站规模较小、设备利用率不足时,单位氢的综合能耗会进一步上升。在液氢路径上,液化过程本身通常被视为高耗能环节,同时还需要维持低温储运体系;如果液氢需要跨地区长距离运输,运输燃料、蒸发损失与站端再气化等环节会持续叠加。

更关键的是,公交示范经常面临“早期规模不足”的结构性问题:车辆数量少、站点利用率低、供氢链条尚未形成规模经济。此时,单位氢的固定能耗与固定排放更容易摊薄失败,从而拉高WTW结果。换言之,即便某条供氢路径在规模化时有潜力变得更低碳,在示范期也可能因为利用率与物流半径而表现不佳。

此外,车辆端“真实氢耗”也是文章强调的敏感参数。以美国国家可再生能源实验室对北美燃料电池公交示范的第三方评估为例,公开报告曾披露某些线路工况下燃料电池公交的平均氢耗可达到约15 kg/100 km量级,这明显高于不少讨论中常引用的“个位数到10 kg/100 km”经验区间。氢耗一旦上升,上游制氢与供氢链条的排放也会按比例上升,使得“系统不占优”的风险更高。对媒体报道而言,这一事实提醒我们:讨论氢公交减排不能只引用“理想参数”,必须结合线路坡度、气候、载客率、启停频次与空调负荷等工况,引用可核实的运营数据。

氢泄漏不是小事

CleanTechnica文章还特别强调了一个过去常被忽略、但正在被学界与政策层重新审视的变量:氢泄漏。传统观点往往把泄漏视为“能量损失”或“安全风险”,但近年的大气化学研究指出,氢虽然不是典型意义上像二氧化碳那样的直接温室气体,却会通过影响大气化学过程间接增强温室效应。例如,英国《Nature》等权威期刊近年发表的研究对氢的“间接全球变暖潜势”给出了量化估计,并提示在氢能体系规模扩张后,若泄漏控制不足,气候收益可能被显著侵蚀。美国斯坦福大学等机构的相关解读也强调,建立严格的泄漏监测、检测与维修体系,是氢经济要兑现减排承诺的必要条件之一。

把这一结论落到公交场景,就意味着加氢站与车载储氢系统的运维不应被当作“可选项”,而应被视为减排工程的一部分:阀件、密封、管汇、连接器、加注枪等关键部件的标准与维护频率,会在宏观上影响“氢公交是否真的更低碳”。尤其在高频加注、站点密集的城市运营环境中,小比例的持续泄漏可能带来不可忽视的气候影响与经济损失。

如果要让氢燃料电池公交真正成为低碳交通工具,至少需要同时满足三类工程前提:其一,供氢必须是可追溯的低排放来源,并清晰披露电力或化石制氢的排放强度;其二,供氢链条要尽可能短且高效,压缩/液化与运输环节的能耗、利用率与规模经济必须被纳入商业模型;其三,必须建立可验证的泄漏控制与运维体系,使氢的间接气候效应不会反向吞噬减排收益。对公共交通这样的长期资产而言,只有把这些“看不见的上游与运维环节”纳入采购与监管指标,“零尾排”才更有可能在全链条意义上接近“低排放”。

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