在国内生产和使用高效、零排放的燃料电池技术的可能性引发了人们对氢燃料作为交通燃料的兴趣。正如杂志上所写的，燃料电池的效率是汽油动力内燃机的三倍能量．燃料电池技术的进步主要集中在氢在汽车中的使用上。
研究:加州公路交通氢能源转型的低碳情景分析。图片来源:Smile Fight/Shutterstock.com
美国的几家汽车制造商已经开始在有氢燃料站的地区，如南加州和北加州，提供轻型氢动力电动汽车。
零排放车辆
根据加利福尼亚大学的最新研究，该州需要强调零排放汽车销量的大幅增长，最早在2035年或2040年实现全面转型。
交通电气化是最成功的脱碳选择之一，因为它可以与电网能源脱碳一起使用，实现近零净排放。纯电动汽车(BEV)和氢燃料电池汽车(FCEV)是两种流行的零排放汽车技术(ZEV)。
由于FCEV充电时间更快，行驶里程更长，因此其提供的驾驶体验与传统汽车相似，因此在特定车辆领域（如长途卡车）比BEV更具吸引力。运输业可能会推动该州的氢消费。
许多研究人员在不同粒度上研究了加利福尼亚州的氢需求，并提出了各种解决方案。有许多障碍，但制氢、分配和加油基础设施的质量可能是最重要的。
加州公路运输的年度氢需求预测情景。图片来源:Vijayakumar, V.， et al, energy
越来越明显的是，政府必须在市场激励方面提供更多支持，如定价或直接资本支出，以发展一个大规模的、长期的氢生态系统。作为经济复苏计划的一部分，世界各经济体已经承诺投入数十亿美元用于发展绿色和可持续的碳氢化合物经济。仅仅使用轻型汽车来计算氢的需求，这是一种外部供给的输入。
氢的供应链
氢基础设施实施的最重要部分之一是氢供应链网络设计(HSCND)，也称为战略氢供应链规划。HSCN的不同顶层之间的连接，从原料水平开始，到任何运输系统、建筑供暖和其他商业用途的各种最终用途的氢交易，是HSCND的一个关键困难。
水（含电）、生物量、天然气和煤将用作运输业传统高速铁路网络制氢作业的原料。
氢气在以各种物理形式(液态、气态、液态有机氢载体)转移到充电站之前，可能会保存在储存库或地质储存库，如含水层、盐洞或耗尽的天然气田。燃料补给站也可以进行现场制氢。
由于每个网络级别都有很多选项，因此选择一个选项是一个困难的优化挑战。它们在时间和地理上的波动加剧了这些决定的复杂性。
加利福尼亚州不同需求情况下的氢燃料补给站预测。图片来源:Vijayakumar, V.， et al, energy
氢气配送是任何氢能供应链的重要组成部分。从制造厂到加油站的一切都包括在氢气供应范围内（用于运输业）。
使用阿贡国家实验室创建的HDSAM（氢气输送情景分析模型）估算从集中生产厂向氢气加注站输送氢气的成本。HDSAM使用优化算法，根据氢流量和系统组件生产数量，找到成本最低的交付配置。
氢燃料运输的未来
据预测，到2050年，氢将成为主要的运输能源，约占该州总运输燃料消耗量的54%。在最坏的情况下，到2050年氢的比例将上升到32%。在预测的情景中，到2035年，氢的贡献仍低于10%。
不过，在此之后，这一比例将大幅上升，这意味着在2035年之前，大多数零排放汽车的目标将主要通过电池电动汽车来实现。在所有预测的情况下，我们可以看到汽车、卡车和长途卡车将主导氢需求。
1.5 tpd换料站通过不同途径分配氢气的成本。图片来源：Vijayakumar，V.等人，Energies
加利福尼亚州目前有48个商用氢气站投入使用，另有134个站处于不同的许可阶段。到2025年，车站总数将达到181个，仍然低于该州200个车站的目标。加氢站位置增强技术（HRS）估计了消费者早期使用FCEV所需的HRS数量，这意味着至少由5%的现有加油站组成的网络（最低阈值）将是理想的。
满足如此高的未来需求需要从现在开始投入大量基础设施支出，特别是在2030年之后，届时制造设施和加油站的数量将呈指数级增长。从长远来看，通过专用氢气管道输送到大型电站的电解氢可显著降低成本。
参考文献
Vijayakumar, V.等(2021)。加州公路交通氢能源转型的低碳情景分析。的能量。https://www.mdpi.com/1996-1073/14/21/7163
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