美国能源部：氢在交通运输中的作用

 

它有可能显著减少由卡车、公共汽车、飞机和船舶排放的温室气体以及造成的空气污染。温室气体吸收热量，导致气候变化。在美国，交通运输部门的排放量占排放总量的29%。

 

氢是一种能源载体和燃料，当被注入燃料电池后，可以为轿车和卡车提供动力而不会释放有害气体。

 

氢和燃料电池可以减少重型汽车的排放，重型汽车占美国道路上车辆的5%，占交通运输排放的20%以上，是美国移动氮氧化物排放的最大来源。

 

电动汽车和氢燃料电池

 

有些电动汽车包含一个储能电池，有些包含一个氢燃料电池和一个储能电池。所有的电动汽车都有电动马达。

 

在纯电池电动汽车中，电力直接给电池充电。在氢燃料电池驱动的汽车中，氢作为燃料储存在油箱（氢罐）中。氢气储存能量，流入燃料电池，与空气中的氧气发生反应，产生电能，为电动机提供动力。

 

氢燃料的优势

 

氢燃料电池汽车上的管道只产生热量和干净的水，没有污染。

 

传统的内燃发动机会使车辆变得笨重且效率较低。氢动力汽车没有使用内燃机，而是使用氢燃料电池，可以更有效地将能量转化为电能。燃料电池将燃料的化学能转化为电能，比内燃机的效率高两到三倍。

 

燃料电池使车辆更加高效和安静，因为移动部件的振动更少。氢燃料可以让车辆用更少的燃料行驶更长的距离，所以它是重型牵引车拖车和公共交通巴士的理想燃料，它们一次可以行驶数百英里。

 

零排放车辆，如氢燃料电池驱动的公共汽车和拖曳卡车，可以在不造成空气污染的情况下停泊。司机可以让他们的车辆在停泊时继续开着，以提供制冷或供暖的舒适性。

 

氢气以每公斤为单位出售。一公斤氢气的能量等于一加仑汽油（大约2.65公斤）。氢可以在几分钟内装满汽车的油箱（氢罐），就像使用汽油一样方便。美国大约有50座加油站提供氢燃料，以支持12,000多辆氢燃料电池汽车和近70辆公共汽车上路。

 

目前，氢燃料的成本在每公斤13美元左右，但随着技术的进步和成本的下降，氢燃料将变得更容易获得和负担得起。

 

 

美国氢气产业链图和“H2@Scale”计划

 

氢燃料电池驱动的汽车能够行驶更长的距离，消耗更少的能源。一公斤氢气的能量与一加仑汽油相当，但是一辆使用1公斤氢气的燃料电池电动汽车可以行驶约60英里（96.56公里），而传统汽车使用一加仑汽油只能行驶约25英里（40.23公里）。

 

随着技术的不断改进，美国能源部（DOE）正在努力将燃料效率提高到每公斤氢行驶100英里（160.93公里）。美国能源部的“Hydrogen Shot”计划旨在十年内将清洁氢的成本降低到1美元/公斤，使氢易于获得并且更经济。

 

2010年至今美国氢能政策动态

 

2012年，时任美国总统奥巴马向国会提交了总额达3.8万亿美元的2013财年政府预算案，其中政府将向能源部拨款63亿美元，用于氢能、燃料电池、车用替代燃料等清洁能源的研究和开发，并对美国境内运行的氢能基础设施实行30%-50%的税收抵免；

 

2014年，奥巴马政府发布《全面能源战略》，明确氢能在交通运输转型中的引领作用；

 

2019年3月，美国能源部宣布资助3100万美元用于推进“H2@Scale”概念计划的研究项目，旨在通过氢气生产（利用可再生能源、化石能源和核能等多种国内资源）、基础设施建设（氢气储存和输运）以及燃料电池（固定式和移动式应用）技术的早期应用研发来推进氢能和燃料电池技术突破，实现经济、安全可靠的大规模氢气生产、运输、存储和利用；

 

2019年8月，美国能源部宣布在“H2@Scale”计划框架下资助4000万美元氢能技术研发，旨在通过技术的早期应用研发来推进氢能和燃料电池技术突破，涉及氢气生产、基础设施建设（氢气储存和输运）以及燃料电池，实现经济、安全可靠的大规模氢气生产、运输、存储和利用；

 

2019年11月，美国燃料电池和氢能协会（FCHEA）在2019燃料电池国际研讨会暨能源展上发布了《美国氢能经济路线图》，希望不断发展氢能相关产业活动，从而巩固美国在全球能源领域的领导地位；

 

2020年6月，美国能源部宣布未来5年将在“H2@Scale”计划框架下投入1亿美元，支持两个由能源部国家实验室主导建立的实验室联盟，以更好地整合国家实验室、高校和产业界研究力量，充分利用国家实验室世界级的科研设施与专业知识联合攻关，以推进氢能和燃料电池关键核心技术突破，进一步降低成本，加速其在电力、交通运输行业中的部署进程；

 

2020年7月，美国能源部宣布在“煤炭优先”计划下投入1.18亿美元，支持开发先进的小型、灵活碳中性燃煤电厂，以及基于该类电厂的无碳制氢技术；

 

2020年7月，美国能源部宣布2020财年将在“H2@Scale”计划框架下资助6400万美元推进氢能技术研发示范，旨在推进氢能和燃料电池技术突破和应用，项目主要涉及储氢、燃料电池、电解槽，以及促进港口、数据中心、炼钢厂等工业领域开展氢能利用示范，实现经济、安全可靠的大规模氢气生产、运输、存储和利用；

 

2020年10月，美国能源部发布《氢能计划发展规划》，提出未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架，明确了氢能发展的核心技术领域、需求和挑战以及研发重点，并提出了氢能计划的主要技术经济目标；

 

2021年1月，美国能源部宣布投入1.6亿美元，改造美国化石燃料和发电基础设施以生产脱碳能源和产品，开发基于化石燃料的氢生产、运输、储存和应用相关技术以推进实现净零排放；

 

2021年6月，美国能源部启动“氢能攻关”（Hydrogen Shot）计划，目标是在未来十年使可再生能源、核能和热能转化制造氢能的价格降低至1美元/千克，清洁氢能的产量提高5倍，并进一步减少碳排放。

 

2021年7月，美国能源部宣布投入5250万美元资助31个氢能项目，旨在推进下一代清洁氢能技术，并支持近期宣布的“氢能攻关”计划，降低氢能成本并加速其技术突破；

 

2021年10月，美国能源部宣布了有近800万美元的资金会用于九个合作项目，这些项目将补充现有“H2@Scale”计划的工作，并支持能源部实现“氢能攻关”的目标，即在十年内将清洁氢的成本降低80%；

 

2021年10月，美国能源部宣布将提供2000万美元的资金用于研究利用核能生产清洁氢能源的技术。这种创新的制氢方法将使清洁氢能够作为零碳电力的一种来源，并成为核电站除电力以外的一种重要的经济产品；

 

2022年2月，拜登政府将氢能建设纳入基础设施投资和就业法案，美国能源部制定95亿美元清洁氢投资计划。