清華新聞網(wǎng)12月3日電（通訊員 王放 張少君）重型車(chē)是交通領(lǐng)域減污降碳的重點(diǎn)。隨著電池技術(shù)迭代發(fā)展和成本快速下降，純電動(dòng)車(chē)在中國(guó)商用車(chē)市場(chǎng)滲透率已達(dá)30%，氫燃料電池重型車(chē)和低碳燃料內(nèi)燃機(jī)車(chē)的研發(fā)和推廣也取得了顯著進(jìn)展。然而，從全球范圍來(lái)看，由于重型車(chē)使用場(chǎng)景復(fù)雜，現(xiàn)階段技術(shù)和成本可行性阻礙了新能源重型車(chē)快速普及；由于不同國(guó)家和地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)、用能成本存在差異，現(xiàn)有研究缺乏對(duì)國(guó)際不同地區(qū)未來(lái)重型車(chē)低碳轉(zhuǎn)型各類(lèi)路徑的技術(shù)可行性、成本特征和減碳效益的全面、深刻認(rèn)識(shí)。
近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院吳燁教授課題組、張少君副教授課題組與國(guó)際清潔交通委員會(huì)（International Council on Clean Transportation）、美國(guó)麻省理工學(xué)院、美國(guó)密歇根大學(xué)的研究人員合作，以中國(guó)、美國(guó)、歐洲三個(gè)全球最重要重型車(chē)市場(chǎng)為例，對(duì)純電動(dòng)、氫燃料電池和低碳燃料（如生物柴油和電子合成柴油E-diesel）重型車(chē)低碳技術(shù)路徑在各類(lèi)場(chǎng)景的技術(shù)可行性、總擁有成本與生命周期碳減排效益進(jìn)行了系統(tǒng)綜述和分析，并以重型牽引車(chē)為重點(diǎn)，對(duì)2040年各類(lèi)技術(shù)在不同地區(qū)的推廣競(jìng)爭(zhēng)潛力進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)估（圖1）。
圖1.（a）重型車(chē)使用場(chǎng)景異質(zhì)性（b）重型車(chē)清潔化路徑及重要影響參數(shù)
研究通過(guò)對(duì)重型車(chē)技術(shù)路徑關(guān)鍵參數(shù)的深入調(diào)研，提出了“等效能量密度”評(píng)估指標(biāo)，即在可實(shí)現(xiàn)日補(bǔ)能頻率的情況下各類(lèi)技術(shù)路徑的單位總質(zhì)量有效輸出能量；并分析了純電動(dòng)和氫燃料電池重型車(chē)在日補(bǔ)能1次和2次情況下能實(shí)現(xiàn)的車(chē)輛替代率，作為其技術(shù)可行性的參考。研究以此為基礎(chǔ)，量化了2020-2040年不同重型車(chē)隊(duì)電動(dòng)化使用各類(lèi)清潔化技術(shù)路徑的可行性。以轉(zhuǎn)型難度最大的重型牽引車(chē)為例，研究發(fā)現(xiàn)，在日補(bǔ)能1次的情況下，現(xiàn)有純電動(dòng)、氫燃料電池車(chē)型可滿(mǎn)足中美歐牽引車(chē)隊(duì)超過(guò)35%和67%的日常出行需求（圖2），而每日增加一次中途補(bǔ)能的機(jī)會(huì)可以使得這一比例超過(guò)88%。氫燃料電池車(chē)型比純電動(dòng)車(chē)型具有更高的能量密度，但一次能量使用效率（綠電制氫）遠(yuǎn)低于純電動(dòng)車(chē)。研究預(yù)測(cè)，到2040年，隨著電池能量密度進(jìn)一步提高，在日均充電一次的情況下，純電動(dòng)牽引車(chē)型將滿(mǎn)足中國(guó)、美國(guó)、歐洲超過(guò)70%現(xiàn)有柴油牽引車(chē)的出行需求。
圖2.（a）中國(guó)、美國(guó)、歐洲典型重型車(chē)隊(duì)日出行里程分布（b）重型牽引車(chē)替代比例隨等效能量密度變化（c）2020-2040年重型車(chē)低碳路徑的等效能量密度區(qū)間
研究發(fā)現(xiàn)，盡管車(chē)輛生產(chǎn)和燃料生產(chǎn)及儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生碳排放，純電動(dòng)、氫燃料電池重型牽引車(chē)生命周期CO2排放仍然比同類(lèi)柴油車(chē)降低27%-58%（圖3），具有顯著的減排效益。隨著可再生電力使用比例的提高，氫燃料電池車(chē)輛必須使用綠氫才能實(shí)現(xiàn)生命周期CO2排放低于純電動(dòng)重型車(chē)。在總擁有成本方面，研究發(fā)現(xiàn)，目前僅中國(guó)純電動(dòng)重型牽引車(chē)可實(shí)現(xiàn)與柴油車(chē)平價(jià)（圖3）；美國(guó)和歐洲市場(chǎng)的純電動(dòng)、氫燃料電池車(chē)型總擁有成本分別將在2030年、2040年與柴油車(chē)持平。純電動(dòng)重型車(chē)比氫燃料電池重型車(chē)更早實(shí)現(xiàn)成本效益，在純電動(dòng)重型車(chē)逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)后，氫燃料電池重型車(chē)的潛在市場(chǎng)空間將縮小，其單車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施（如加氫站）建設(shè)成本將進(jìn)一步提高。
圖3.重型牽引車(chē)隊(duì)生命周期排放及總擁有成本：（a）現(xiàn)狀年重型牽引車(chē)隊(duì)生命周期CO2排放（b）現(xiàn)狀年單車(chē)總擁有成本（c）2030年單車(chē)總擁有成本與2020年對(duì)比（d）中美歐2040年重型牽引車(chē)碳減排成本對(duì)比
研究成果以“重型公路運(yùn)輸清潔路徑的可行性、成本和脫碳潛力”（Feasibility, cost and decarbonization potential of clean pathways for heavy-duty road transportation）為題，于11月25日發(fā)表于《自然綜述：清潔技術(shù)》（Nature Reviews Clean Technology）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授張少君為論文第一作者，環(huán)境學(xué)院教授吳燁為論文通訊作者。論文合作者包括麻省理工學(xué)院博士后趙昢，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后王放，國(guó)際清潔交通委員會(huì)研究員哈?！ぐ退宫敚℉ussein Basma）博士、重型車(chē)項(xiàng)目主任菲利普·羅德里格茲（Felipe Rodriguez）博士，密歇根大學(xué)教授蒂姆·沃林頓（Timothy Wallington）、格里格·基奧萊恩（Gregory Keoleian）。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、能源基金會(huì)等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s44359-025-00119-0
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
