氢能与电动化浪潮下C级乘用车的燃料经济性与全生命周期排放对比研究

本研究针对传统燃油车高碳排放问题，通过动态建模对比分析了C级乘用车采用柴油、汽油、生物甲烷(Biomethane)、电池电动(BEV)和氢燃料电池(HFCEV)五种动力系统的燃料经济性与全生命周期(WTW)温室气体排放。结果显示氢燃料车在减排方面最优（较传统燃料减少75% CO2 ），而电动车百公里成本最低（2.34美元），为交通领域碳中和路径选择提供了关键数据支撑。

　　

全球交通领域正面临严峻的碳减排挑战。数据显示，道路运输贡献了交通部门75%的CO₂
排放，其中41%来自乘用车。随着各国设定2040年代禁售燃油车目标，寻找可持续的替代能源方案成为当务之急。尽管电动车(BEV)近年来快速普及，但其原材料供应瓶颈和氢燃料电池车(HFCEV)的高成本问题，使得决策者亟需系统化的比较数据来指导技术路线选择。

在此背景下，某大学的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表研究，首次对C级乘用车五种动力系统（柴油/汽油内燃机、生物甲烷发动机、BEV和HFCEV）开展全生命周期对比。通过Engineering Equation Solver动态建模，量化了不同驾驶循环下的能耗与排放。关键技术包括：1) 基于车辆动力学计算功率需求；2) 全生命周期(Well-to-Wheel)排放评估；3) 燃料经济性成本建模；4) 敏感性分析关键参数如氢价（目标6美元/kg H₂
）。

【方法论】
研究建立C级车动态模型，考虑空气阻力系数0.3、车重1500kg等参数，计算NEDC工况下的功率需求。能量转换效率设定为：内燃机35%、燃料电池50%、电机90%。

【分析】
数据揭示：最大功率需求区间为12-82kW，其中空气阻力占比超60%。氢燃料电池系统质量比电池组轻47%，但储氢罐体积限制续航表现。

【结果与讨论】

1. 排放维度：HFCEV以12.3kg CO₂
   /100km居首，较柴油车(48.7kg)减排75%。BEV排放取决于电网结构，使用风光电力时为15.2kg。
2. 经济性：BEV百公里成本2.34美元最低，氢燃料在达成6美元/kg时可比肩汽油车(5.8美元)。生物甲烷因基础设施限制成本达7.1美元。
3. 技术互补性：HFCEV在-30℃低温启动性能优于BEV，而BEV城市工况能效更高。

【结论】
该研究证实：1) HFCEV是实现交通净零(Net Zero)的最优解，但依赖绿氢降本；2) BEV在短期经济性优势明显；3) 生物甲烷可作为过渡方案。作者Ali Erdogan Karaca和Ibrahim Dincer特别指出，混合部署不同技术、结合区域能源禀赋，才是实现《巴黎协定》交通减排目标的关键。这项工作为政策制定者提供了量化比较框架，其动态建模方法也可扩展至商用车领域。