Mercedes-Benz GenH2重卡是一款使用液态氢燃料电池技术的重型卡车,旨在实现长途运输的碳中和。GenH2重卡的核心组件是由 cellcentric 公司提供的燃料电池系统,该系统将液态氢和氧转化为电能,为车辆提供动力,动力系统最大输出功率为 2 x 150 kW,最大电池功率为 400 kW,最大扭矩为 2 x 1,150 N▪m,并计划在2024年开始进行客户试验,2027年开始量产推向市场。
GenH2突出优势是使用液态氢作为燃料,而不是气态氢。液态氢的能量密度比气态氢高得多,因此可以在更小的储罐中储存更多能量。配备的两个储罐可储存约80公斤的液态氢,相当于300公斤的气态氢。(小贴士:氢气的能量密度是柴油的三倍,液氢的能量密度是气态氢的四倍,因此,氢燃料电池重卡可以在相同的储氢容积下,实现更长的续航里程,满足长途行驶的需求。)
这意味着GenH2能行驶更远的距离,拥有与传统柴油重卡相当的运输性能,厂家此前公布的理论续航里程超过1000公里,而且只需要10分钟便可加满液态氢。GenH2重卡在HydrogenRecordRun 活动中创造了一个里程碑,一次加满液态氢后行驶了 1,047 公里,完全达到了与传统柴油重卡无差别的使用体验,但却没有排放任何污染物。
GenH2从沃特(Woerth)的梅赛德斯-奔驰卡车客户中心出发到抵达德国首都柏林,全程行驶1047公里,在整个过程中始终保持在满载状态,总重达到40吨。实现如此长度的满载续航,那么GenH2重卡到底是如何做到的呢?
这就不得不说GenH2最特殊的一面,目前,市面上绝大部分氢能重卡都使用压缩气态氢作为燃料,氢气的储运方式主要有三种:压缩气态氢、液态氢和固态氢。其中,压缩气态氢是目前最常见的方式,但其能量密度低、储罐成本高、加氢时间长。液态氢虽然具有很多优点,但也存在一些问题,主要是液氢的储存和加氢过程中的能量损失。由于液氢的沸点极低,储存过程中会不断升温气化,造成压力升高和液氢损耗,需要定期排放或回收氢气,增加了储存成本和安全风险。加氢过程中,由于液氢的温度远低于环境温度,会造成液氢在加氢管道和接口处的快速气化,导致加氢效率降低和能量损失增加,需要设置双接口和回流管道,增加了加氢设备的复杂度和成本。
为了解决这些制约液氢发展的问题, 戴姆勒卡车(Daimler Truck)与化工巨头林德(Linde)联合开发了全新液氢处理工艺,即sLH2(subcooled Liquid Hydrogen)过冷液氢技术。过冷液氢,是指温度低于沸点的液态氢,sLH2过冷液氢技术的原理是利用一种特殊的增压泵,对液氢进行加压,使其温度降低至-265℃以下,达到过冷状态,从而提高液氢的稳定性和加氢效率。
sLH2过冷液氢技术的优势主要体现在以下几个方面:
- 储存:由于过冷液氢的温度更低,升温气化速度更慢,因此可以减少液氢损耗和压力升高,提高储存效率和安全性。据戴姆勒卡车数据,sLH2过冷液氢的储存耗电仅为0.05千瓦时/公斤,是传统气态氢的1/30。
- 加氢:由于过冷液氢的温度更低,加氢过程中的液氢气化几乎可以忽略,因此可以提高加氢效率和速度,减少能量损失和加氢设备的复杂度。据林德公司数据,sLH2过冷液氢的加氢效率高达99%,是传统液氢的1.5倍,加氢时间仅为10分钟,是传统气态氢的1/3。
- 储罐体积和重量:于过冷液氢的密度更高,可以减少储罐的体积和重量,从而提高车辆的载重和续航能力,降低车辆的成本和能耗。据戴姆勒卡车数据,sLH2过冷液氢重卡的单次加氢续航可达1000公里,是传统气态氢重卡的2倍,储罐的重量仅为300公斤,是传统气态氢重卡的1/3。
sLH2过冷液氢技术氢燃料电池相比锂电池的优势:
- sLH2过冷液氢的能量密度是锂电池的12-15倍,可以实现更长的续航里程,适合中长途、中重载的运输需求。例如,GenH2重卡的续航里程可以达到满载1000公里,而纯电动重卡配合体积与重量巨大的锂电池,续航里程往往也只能在200-300公里。
- 快速加氢和低温性能,氢燃料电池的加氢时间一般在10-15分钟,而纯电动车的充电时间一般在1-2小时,这样可以大大提高运输效率和车辆利用率。此外,氢燃料电池的低温性能也优于纯电动车,可以在-30°C的环境温度下正常启动和运行,而纯电动车的电池性能会随着温度下降而下降,影响续航里程和安全性。
- 载重量和空间利用率,氢燃料电池的重量和体积相对较小,可以节省车辆的空间和减轻车辆的重量,从而提高车辆的载重量和空间利用率。例如,氢燃料电池重卡的载重量可以达到40吨以上,而纯电动重卡的载重量一般在20-30吨 。
当然氢能也不是完美无缺的,如今制约氢能发展的最大阻碍是成本和经济效益。现阶段氢气的制造、储存和运输过程中成本不菲,同时氢气的储存和运输也存在一定的技术难度和安全风险,需要专用的设备和管道,增加了成本和复杂度,sLH2过冷液氢技术的出现,让我看到了突破掣肘的可能性。其次,氢燃料电池的性能和寿命受到多种因素的影响,如温度、湿度、压力、杂质、催化剂等。氢燃料电池的核心部件是质子交换膜,其稳定性和耐久性还有待提高,目前的氢燃料电池的寿命一般在5000-10000小时,远低于内燃机的寿命。氢燃料电池的性能和寿命的提升需要不断优化和材料,提高效率和降低成本
其次,氢燃料电池的性能和寿命受到多种因素的影响,如温度、湿度、压力、杂质、催化剂等。氢燃料电池的核心部件是质子交换膜,其稳定性和耐久性还有待提高,目前的氢燃料电池的寿命一般在5000-10000小时,远低于内燃机的寿命 。氢燃料电池的性能和寿命的提升需要不断地优化设计和材料,提高效率和降低成本
但是政策的补贴也在加码,氢燃料电池作为一种清洁能源,受到了国家和地方政府的大力支持和鼓励,目前已经出台了一系列的政策补贴和优惠措施,包括购车补贴、加氢站补贴、免税减免、示范应用奖励等 。这些政策不仅降低了氢燃料电池的发展门槛和成本,也提高了氢燃料电池的市场认可度和吸引力。预计到2030年,中国的氢燃料电池汽车保有量将达到100万辆,其中重卡运输将占据较大的市场份额 。
GenH2是戴姆勒卡车新能源双轨战略的一部分,该战略核心是同时发展电池纯电和氢能两种路线,以满足不同客户需求和市场环境。可以看到,戴姆勒推出了eActros 600纯电重卡、eCitaro Fuel Cell氢燃料电池增程式客车等产品,并正在积极测试氢内燃机,推出了乌尼莫克WaVe氢内燃机车型。戴姆勒卡车认为,纯电重卡更适合在城市中或区域间短途行驶,而氢燃料电池更适合城际间长途奔袭。此外,戴姆勒卡车还与沃尔沃合资成立了cellcentric,专注于燃料电池系统的开发和生产,目前,沃尔沃FH氢燃料电池重卡与奔驰GenH2氢燃料电池重卡均采用CellCentric公司氢燃料电池组。