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向氢能借力 日本打造交通减碳立体网络

2022-07-08 13:58:01  来源:科技日报  责编:陈晨

向氢能借力 日本打造交通减碳立体网络

左图为世界上最大的氢能制造厂——福岛氢能源研究基地,右图为东京都政府运营的加氢站和氢燃料电池公交车。图片来源:日本政府网

  氢能源被视为脱碳社会的一张王牌。日本正在下大力气研发氢能,不仅仅是为了实现气候目标,同时也希望使该国成为全球首个氢经济体,并引领全球市场。

  在开发和应用氢能方面,日本的交通网络走在了前列——日本汽车业已经研制出多种氢能运输工具,包括巴士、卡车、列车等,新加坡《联合早报》网站在近期的报道中指出,与电动车相比,氢能源车的充能时间更短,这使它在远程交通工具方面具有优势。目前,还有日本企业正在研制氢动力飞机。

  建设“氢能社会”

  在全球气候变暖的背景下,寻找绿色能源已经逐渐成为世界各国的重点工作之一,而清洁、无污染的氢能源则被视作“完美能源”,也被认为是实现碳中和的关键。据国际氢能委员会预测,到2050年,氢能源的市场规模可达2.5万亿美元。据西班牙《趣味》月刊去年6月报道,欧盟委员会联合研究中心表示,到2050年,氢能将占到欧盟最终消耗能源的10%—23%;英荷壳牌石油集团估计,到2100年,氢能将占到全球消耗能源的10%。

  氢能已经逐渐成为世界各国竞争的重要绿色能源,在这场能源竞赛中,日本走在了前列。

  日本在能源安全方面一直存在危机感,早在石油危机发生的上世纪70年代,日本就开始进行氢技术研发,1973年成立了“氢能源协会”。据《联合早报》报道,福岛核泄漏事件后,时任总统安倍晋三提出建设“氢能社会”的目标。2017年12月,日本制定《氢能基本战略》。2018年7月,日本制定了《第五次能源基本计划》,今年3月12日,日本经济产业省又发布了新版《氢能与燃料电池路线图》,旨在到2030年将能源结构中氢能源的使用占比提高。

  “氢”装上路

  为建设“氢能社会”,日本在多个领域发力,交通领域当仁不让走在前列,日本汽车业加大力度研发各种氢能运输工具。

  比如,2014年丰田推出世界首款氢能量产车“未来”(MIRAI),2020年12月,丰田宣布第二代MIRAI正式在日本市场上市,最高续航里程可达850公里。此外,2017年配备大容量氢燃料电池的巴士首次在日本投入运行。去年东京奥运会期间,用于运动员通勤的氢燃料电池车——包括MIRAI和氢燃料电池巴士的背后,是位于东京都江东区丰州的加氢站。该加氢站占地2000平方米,每小时可以为4台燃料电池车提供氢气,制造氢气的原料则来自壳牌集团提供的碳中性液化天然气。

  用于物流的大型氢能源卡车是日本各大汽车公司积极研发的热点。如2018年,丰田正式对外展示了第二代氢燃料电池卡车。作为零排放半挂卡车,这款车续航里程升级后达到483公里。今年2月,丰田汽车集团旗下丰田通商等公司在美国洛杉矶港,启动了氢燃料电池驱动卡车和大型机械的实证项目。

  与电动车相比,氢能源车的充能时间更短,这使它在远程交通工具方面具有优势。如今,日本把研发重点放在远程交通工具上,例如氢能源飞机和快铁,并明确了投入市场的目标。

  东日本旅客铁道株式会社(JR East)旨在于2030年推出氢能列车。据日本广播协会(NHK)报道,今年3月末,这家企业在神奈川县的一些路线上对“Hybari”列车开展了相关测试。“Hybari”列车由JR East、日立公司和丰田汽车公司共同开发。这款氢能列车的车顶上装了氢气箱,其中的氢气被输送到车体下部的燃料电池中,并通过与空气中的氧气发生化学反应产生电力。列车的最高时速可达到100公里。

  该公司指出,虽然这款氢能列车的行驶速度稍逊于其他列车的120—130公里,成本也比一般列车高,但由于其搭载氢燃料与锂离子电池,行驶途中不会排放任何废气与二氧化碳,燃料电池只会排出水,也不需要架设高架电缆或变电所,可大幅减少维护成本。

  此外,川崎重工还与欧洲主要飞机制造商合作,研究氢动力飞机。据日本《读卖新闻》6月20日报道,川崎重工计划开发用于氢动力飞机的零部件,并在2040年之前实际投入使用。据报道,川崎重工计划向海外飞机制造商供应发动机零件和油箱等部件,并计划2030年起进行陆上测试,预计到2050年时销售额可达数百亿日元。预计研发费用为180亿日元,其中90%以上由政府支持的日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)提供补贴。

  仍面临不少挑战

  据国际氢能委员会预测,在交通运输领域,利用氢能每年预计可减少1/3的碳排放量。尽管氢燃料电池车的优点十分突出,但要想大踏步发展,仍面临不少难题。

  最主要的是氢燃料价格较贵。目前不管是充电站的建设,还是化学催化成本都十分昂贵,这也是目前氢燃料电池车无法广泛商业化的最主要的原因。

  为降低氢燃料的成本,川崎重工建造了世界上第一艘运输液化氢的专用船。据日本政府官网6月23日报道,今年2月,川崎重工的这艘液化氢运输船成功地进行了海上运输示范试验。该船装载了澳大利亚生产的氢气,然后通过海路运回日本神户港。据英国路透社报道,日本计划到2030年每年进口30万吨氢,这艘液化氢运输船无疑可以降低日本人使用氢燃料的成本。

  氢能发展面临的另一个问题在于目前加氢站的数量较少,截至2020年底,日本共建成142座加氢站,数量明显不足。

  此外,氢能的成功与否最终可能取决于社会是否愿意为其付出代价,彭博社能源财经预计,未来10年,全球将需要投入1500亿美元才能将制氢成本降低到具有竞争力的水平。

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