面向碳中和：瑞典重型卡车氢能路径的全生命周期碳足迹与多维度环境效益评估

iScience期刊推荐：为破解重型货运脱碳难题，本研究针对瑞典长距离卡车氢能应用场景，开展了系统化生命周期评估(LCA)。研究团队创新性地对比了集中式与分布式氢生产模式、燃料电池(FCT)与内燃机(ICET)技术路线，首次量化了氢泄漏对"绿氢"减排效益的削弱效应。结果表明：生物燃料与电动卡车更具减排潜力，氢泄漏可使绿氢全球变暖潜能(GWP)增加2倍，而低载重船舶运输将抵消进口绿氢的环保优势。该研究为重型运输绿色转型提供了关键数据支撑。

　　

在全球应对气候变化的紧迫背景下，重型货运行业的脱碳挑战尤为突出。作为经济动脉的重要支撑，总重超过15吨的重型车辆(HDVs)承担着全球65%的货运服务，其碳排放已成为欧盟最大的排放源。尽管电动汽车在乘用车领域取得显著进展，但重型卡车因对续航里程、载重能力和加注效率的严苛要求，使得氢能被视为极具潜力的清洁解决方案。然而，氢能卡车是否真正环保，很大程度上取决于氢气的生产方式、运输路径、储存技术以及车辆本身特性，这是一个需要全方位评估的复杂系统。

为了解答这个关键问题，查尔姆斯理工大学的Jorge Enrique Velandia Vargas领衔的研究团队在《iScience》上发表了开创性研究。团队采用全生命周期评估(LCA)方法，以吨公里(tkm)为功能单位，量化分析了在瑞典特定条件下，不同氢能供应链路径用于长距离卡车的综合环境足迹。研究不仅涵盖了传统的集中式电解（绿氢）和蒸汽重整（蓝氢）制氢方式，还创新性地纳入了分布式现场制氢模式。团队详细评估了四种氢传输分配方案，包括代表早期市场的管式拖车（气态）和槽罐拖车（液态）运输，以及成熟市场的管道输送和跨国船舶运输。更重要的是，该研究首次对氢内燃机卡车(ICET)进行了生命周期评估，并系统考察了燃料电池卡车(FCT)不同技术配置（如200kW燃料电池+140kWh电池 vs 300kW燃料电池+40kWh电池）的环境影响。

研究采用了多维度环境影响指标：采用IPCC第六次评估报告参数的100年全球变暖潜能值(GWP₁₀₀)、地壳稀缺性指标(CSI)以及环境足迹-颗粒物(PM-EF)影响类别。数据来源结合了专业数据库(Ecoinvent v3.8)、同行评审文献和与沃尔沃、斯堪尼亚等产业专家的深度交流，建立了从"摇篮到坟墓"的系统边界模型。

研究发现了一系列重要结论。在气候变化影响方面，不同卡车配置的全球变暖潜能差异显著，最高可达50吨CO₂当量/车。令人意外的是，由瑞典电网供电的电解制氢(SgH2)在多数情况下比蓝氢更具环保竞争力，而生物甲烷重整结合碳捕获(BmH2)甚至可实现负碳排放。研究特别警示了氢泄漏问题的严重性——当泄漏率达到约30%时，绿氢的GWP值会增加两倍，这直接威胁可再生能源制氢的减排效益。

在车辆技术路线对比中，液氢(LH2)卡车因避免了碳纤维使用而显示最低的制造成本排放，而350巴压缩氢(350 bar CH2)卡车则因碳纤维用量减少而优于700巴系统。内燃机氢卡车(ICET)因需要更重的储氢系统和微量N₂O尾气排放，其碳足迹高于燃料电池卡车(FCT)。

运输路径的选择同样关键。研究显示，低载重量的液氢运输船（9800吨级）会完全抵消进口绿氢的环境优势，而从挪威进口蓝氢因运输距离较短，影响相对较小。管道运输虽然基础设施投资大，但并非总是最低碳的选择，因为其最终配送环节仍可能依赖高排放的管式拖车。

敏感性分析揭示了更多洞察。通过使用回收碳纤维(CF)制造储氢罐和采用直接还原铁(DRI)钢材，可分别降低卡车制造碳排放约30%和15%。同时，天然气泄漏对蓝氢碳足迹的影响以及氮氧化物尾气排放对ICET环境表现的影响都不容忽视。

与现有文献对比发现，瑞典电网供电的氢能路径与使用欧盟电网的电池电动卡车(BETs)碳强度相当，而绿氢路径与加氢处理植物油(HVO)动力卡车和可再生氢动力BETs同样具有竞争力。直接使用液化生物甲烷的ICETs显示出最佳的碳减排性能。

研究最终指出，虽然氢能卡车为重型货运脱碳提供了重要路径，但其环境效益高度依赖于整个供应链的优化。绿氢的生产必须配合严格的泄漏控制措施，运输基础设施需要优先发展大容量液氢运输技术，而车辆制造环节则可通过材料创新进一步降低碳足迹。这些发现为政策制定者和产业界提供了科学依据，指引氢能重型运输朝着真正可持续的方向发展。

该研究的价值在于其全面性和系统性，首次将氢内燃机卡车纳入生命周期评估框架，深入分析了不同储氢压力、燃料电池与电池配置、以及国际运输场景的具体影响。特别是在瑞典高比例可再生能源电网的特定条件下，对电网供电电解制氢与蓝氢的对比分析，为类似条件的国家和地区提供了直接参考。研究对氢泄漏问题的重点关注，更是提醒产业链各环节需要高度重视这一可能削弱氢能环保优势的关键因素。