美國能源部：氫在交通運輸中的作用

 

它有可能顯著減少由卡車、公共汽車、飛機和船舶排放的溫室氣體以及造成的空氣污染。溫室氣體吸收熱量，導致氣候變化。在美國，交通運輸部門的排放量占排放總量的29%。

 

氫是一種能源載體和燃料，當被注入燃料電池后，可以為轎車和卡車提供動力而不會釋放有害氣體。

 

氫和燃料電池可以減少重型汽車的排放，重型汽車占美國道路上車輛的5%，占交通運輸排放的20%以上，是美國移動氮氧化物排放的最大來源。

 

電動汽車和氫燃料電池

 

有些電動汽車包含一個儲能電池，有些包含一個氫燃料電池和一個儲能電池。所有的電動汽車都有電動馬達。

 

在純電池電動汽車中，電力直接給電池充電。在氫燃料電池驅動的汽車中，氫作為燃料儲存在油箱（氫罐）中。氫氣儲存能量，流入燃料電池，與空氣中的氧氣發生反應，產生電能，為電動機提供動力。

 

氫燃料的優勢

 

氫燃料電池汽車上的管道只產生熱量和干凈的水，沒有污染。

 

傳統的內燃發動機會使車輛變得笨重且效率較低。氫動力汽車沒有使用內燃機，而是使用氫燃料電池，可以更有效地將能量轉化為電能。燃料電池將燃料的化學能轉化為電能，比內燃機的效率高兩到三倍。

 

燃料電池使車輛更加高效和安靜，因為移動部件的振動更少。氫燃料可以讓車輛用更少的燃料行駛更長的距離，所以它是重型牽引車拖車和公共交通巴士的理想燃料，它們一次可以行駛數百英里。

 

零排放車輛，如氫燃料電池驅動的公共汽車和拖曳卡車，可以在不造成空氣污染的情況下停泊。司機可以讓他們的車輛在停泊時繼續開著，以提供制冷或供暖的舒適性。

 

氫氣以每公斤為單位出售。一公斤氫氣的能量等于一加侖汽油（大約2.65公斤）。氫可以在幾分鐘內裝滿汽車的油箱（氫罐），就像使用汽油一樣方便。美國大約有50座加油站提供氫燃料，以支持12,000多輛氫燃料電池汽車和近70輛公共汽車上路。

 

目前，氫燃料的成本在每公斤13美元左右，但隨著技術的進步和成本的下降，氫燃料將變得更容易獲得和負擔得起。

 

 

美國氫氣產業鏈圖和“H2@Scale”計劃

 

氫燃料電池驅動的汽車能夠行駛更長的距離，消耗更少的能源。一公斤氫氣的能量與一加侖汽油相當，但是一輛使用1公斤氫氣的燃料電池電動汽車可以行駛約60英里（96.56公里），而傳統汽車使用一加侖汽油只能行駛約25英里（40.23公里）。

 

隨著技術的不斷改進，美國能源部（DOE）正在努力將燃料效率提高到每公斤氫行駛100英里（160.93公里）。美國能源部的“Hydrogen Shot”計劃旨在十年內將清潔氫的成本降低到1美元/公斤，使氫易于獲得并且更經濟。

 

2010年至今美國氫能政策動態

 

2012年，時任美國總統奧巴馬向國會提交了總額達3.8萬億美元的2013財年政府預算案，其中政府將向能源部撥款63億美元，用于氫能、燃料電池、車用替代燃料等清潔能源的研究和開發，并對美國境內運行的氫能基礎設施實行30%-50%的稅收抵免；

 

2014年，奧巴馬政府發布《全面能源戰略》，明確氫能在交通運輸轉型中的引領作用；

 

2019年3月，美國能源部宣布資助3100萬美元用于推進“H2@Scale”概念計劃的研究項目，旨在通過氫氣生產（利用可再生能源、化石能源和核能等多種國內資源）、基礎設施建設（氫氣儲存和輸運）以及燃料電池（固定式和移動式應用）技術的早期應用研發來推進氫能和燃料電池技術突破，實現經濟、安全可靠的大規模氫氣生產、運輸、存儲和利用；

 

2019年8月，美國能源部宣布在“H2@Scale”計劃框架下資助4000萬美元氫能技術研發，旨在通過技術的早期應用研發來推進氫能和燃料電池技術突破，涉及氫氣生產、基礎設施建設（氫氣儲存和輸運）以及燃料電池，實現經濟、安全可靠的大規模氫氣生產、運輸、存儲和利用；

 

2019年11月，美國燃料電池和氫能協會（FCHEA）在2019燃料電池國際研討會暨能源展上發布了《美國氫能經濟路線圖》，希望不斷發展氫能相關產業活動，從而鞏固美國在全球能源領域的領導地位；

 

2020年6月，美國能源部宣布未來5年將在“H2@Scale”計劃框架下投入1億美元，支持兩個由能源部國家實驗室主導建立的實驗室聯盟，以更好地整合國家實驗室、高校和產業界研究力量，充分利用國家實驗室世界級的科研設施與專業知識聯合攻關，以推進氫能和燃料電池關鍵核心技術突破，進一步降低成本，加速其在電力、交通運輸行業中的部署進程；

 

2020年7月，美國能源部宣布在“煤炭優先”計劃下投入1.18億美元，支持開發先進的小型、靈活碳中性燃煤電廠，以及基于該類電廠的無碳制氫技術；

 

2020年7月，美國能源部宣布2020財年將在“H2@Scale”計劃框架下資助6400萬美元推進氫能技術研發示范，旨在推進氫能和燃料電池技術突破和應用，項目主要涉及儲氫、燃料電池、電解槽，以及促進港口、數據中心、煉鋼廠等工業領域開展氫能利用示范，實現經濟、安全可靠的大規模氫氣生產、運輸、存儲和利用；

 

2020年10月，美國能源部發布《氫能計劃發展規劃》，提出未來十年及更長時期氫能研究、開發和示范的總體戰略框架，明確了氫能發展的核心技術領域、需求和挑戰以及研發重點，并提出了氫能計劃的主要技術經濟目標；

 

2021年1月，美國能源部宣布投入1.6億美元，改造美國化石燃料和發電基礎設施以生產脫碳能源和產品，開發基于化石燃料的氫生產、運輸、儲存和應用相關技術以推進實現凈零排放；

 

2021年6月，美國能源部啟動“氫能攻關”（Hydrogen Shot）計劃，目標是在未來十年使可再生能源、核能和熱能轉化制造氫能的價格降低至1美元/千克，清潔氫能的產量提高5倍，并進一步減少碳排放。

 

2021年7月，美國能源部宣布投入5250萬美元資助31個氫能項目，旨在推進下一代清潔氫能技術，并支持近期宣布的“氫能攻關”計劃，降低氫能成本并加速其技術突破；

 

2021年10月，美國能源部宣布了有近800萬美元的資金會用于九個合作項目，這些項目將補充現有“H2@Scale”計劃的工作，并支持能源部實現“氫能攻關”的目標，即在十年內將清潔氫的成本降低80%；

 

2021年10月，美國能源部宣布將提供2000萬美元的資金用于研究利用核能生產清潔氫能源的技術。這種創新的制氫方法將使清潔氫能夠作為零碳電力的一種來源，并成為核電站除電力以外的一種重要的經濟產品；

 

2022年2月，拜登政府將氫能建設納入基礎設施投資和就業法案，美國能源部制定95億美元清潔氫投資計劃。