《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Hydrogen powertrains technologies for decarbonizing urban waste collection truck fleets: a techno-economic and lifecycle assessment
编辑推荐：
脱碳重型道路运输对于实现可持续城市和推广清洁能源使用至关重要。本研究（研究人员）对通过电解生产的绿色氢能作为里斯本市政固体垃圾收集卡车替代柴油的方案，进行了全面的技术经济和环境评估。研究人员研究了两种氢动力总成技术：氢燃料电池卡车（H2-FCT）和氢内燃机卡车
脱碳重型道路运输对于实现可持续城市和推广清洁能源使用至关重要。本研究（研究人员）对通过电解生产的绿色氢能作为里斯本市政固体垃圾收集卡车替代柴油的方案，进行了全面的技术经济和环境评估。研究人员研究了两种氢动力总成技术：氢燃料电池卡车（H2-FCT）和氢内燃机卡车（H2-ICET），并与柴油内燃机卡车（Diesel-ICET）进行比较。技术经济分析显示，成本分别达到13.7欧元/吨收集垃圾（1.88百万欧元/年）和17.8欧元/吨垃圾（2.45百万欧元/年）。关键基础设施要求包括：H2-FCT需要2兆瓦（MW）电解槽，H2-ICET需要3.4兆瓦（MW）电解槽，以及氢气分配单元和卡车改装。环境方面，H2-FCT表现出优越性能，每年避免1,510吨二氧化碳（CO2）排放（11千克CO2/吨收集垃圾），而H2-ICET避免1,001吨CO2（7.3千克CO2/吨垃圾），相较于柴油卡车分别减少64%和42%。虽然两种氢能解决方案都提供了令人信服的脱碳路径，但研究结果强调了H2-FCT在经济和环境上的综合优势。该研究突出了绿色氢能在推进可持续城市交通和指导支持性政策制定中的作用。
**论文解读文章**
**研究背景、问题与目标**
全球能源格局正因气候问题加剧和交通领域能源需求增长而面临转型，重型道路运输脱碳成为关键挑战与机遇。城市垃圾收集车队主要依赖柴油重型卡车，不仅排放大量温室气体（GHG）和空气污染物，还因人口密集区的高频次作业，成为本地碳减排的重点对象。然而，传统柴油内燃机卡车（Diesel-ICET）在里斯本等城市已显示出显著的运营效率和环境负担问题。为此，研究人员评估了绿色氢能（通过可再生能源电解水生产）作为替代燃料的潜力，旨在为市政服务车队的零碳转型提供技术经济和环境可行性证据。该研究聚焦于两种氢动力总成技术：氢燃料电池卡车（H2-FCT）和氢内燃机卡车（H2-ICET），并与柴油方案进行对比。论文发表在《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》。
**主要技术方法**
研究人员采用综合技术经济分析与生命周期评估（LCA）框架，对里斯本40辆垃圾收集卡车车队进行建模。技术经济分析考虑了资本支出（CAPEX，含电解槽安装、加氢站（HRS）建设、卡车改装费用）和运营支出（OPEX，含平准化氢成本（LCOH）、维护和燃料消耗），通过平准化氢成本总系统（LCOHts）和每吨垃圾平准化成本（LCPTW）等指标量化经济性。生命周期评估使用SimaPro软件和ILCD 2011中点方法，以全球变暖潜能值（GWP，以千克CO
2当量计）作为主要环境指标，涵盖从电力供应（基于葡萄牙光伏太阳能购电协议（PPA））、电解制氢、压缩储存、加氢站运营到卡车终端使用全链条。样本队列来源于里斯本市政垃圾收集车队实际运营数据（日均74公里/车、80升柴油/100公里等）。
**研究结果**
**3.1 经济分析**
通过计算LCOHts，研究人员发现H2-ICET场景的LCOHts为6.15欧元/千克H
2，低于H2-FCT（8.06欧元/千克H
2），主要得益于改装成本更低（每车约4万欧元 vs. 14万欧元）以及较大电解槽（3.4兆瓦（MW） vs. 2兆瓦（MW））带来的规模效应。但考虑燃料效率差异后，H2-ICET的有效成本升至10.48欧元/千克H
2（乘以1.705消耗比），而H2-FCT因效率更高（约60% vs. 20%），年度总运营成本（含电解、HRS、改装）为2.88百万欧元/年，低于H2-ICET的2.45百万欧元/年。每吨垃圾成本（LCPTW）显示H2-FCT为13.73欧元/吨，优于H2-ICET的17.85欧元/吨，但仍高于柴油的10.0欧元/吨。这表明H2-FCT在经济效率上优于H2-ICET，尽管初始投资更高。
**3.2 环境分析**
全球变暖潜能值（GWP）评估结果表明，Diesel-ICET场景年排放约2,333吨CO
2（17.01千克CO
2/吨垃圾），而H2-FCT仅排放823吨（6.0千克CO
2/吨），减排64%；H2-ICET排放1,334吨（9.7千克CO
2/吨），减排42%。电解阶段贡献了约80%的排放（H2-FCT 654.3吨，H2-ICET 1,059.6吨），加氢站（HRS）贡献约20%。若按每100公里标准化，H2-FCT的GWP为17.4千克CO
2，低于H2-ICET的123.4千克和柴油的216.0千克。在敏感性分析中，考虑未来氢能技术进步（电解能耗降至42千瓦时/千克H
2（kWh/kg H
2）、碳税72.19欧元/吨CO
2）后，H2-FCT的LCPTW降至10.2欧元/吨，GWP降至4.84千克CO2/吨，使其在2050年场景中成为经济与环境双重最优选择。
**结论与讨论**
研究结果表明，H2-FCT在综合效益上优于H2-ICET和柴油方案，尽管当前两种氢能方案成本均高于柴油基线。H2-FCT通过更高的能量转换效率（约60%），在降低年度运营成本和GWP方面具有明显优势。未来技术进步和碳税政策将进一步提升其竞争力。研究强调，绿色氢能在城市垃圾收集车队中的部署需配套政策支持（如补贴、零排放车队激励），而里斯本可作为示范城市，为全球其他地区提供可复制的脱碳路径。最终结论指出：基于燃料电池的卡车（H2-FCT）是最平衡且最有前景的解决方案，既能实现显著的CO2减排（64%），又能逐步实现经济可行性。
