基于模型的能量值分析及部分技术经济评估：氢能、氨能、电动柴油以及废弃食用油生物柴油在重型内燃机应用中的可行性研究

《Processes》：Model-Based Exergy and Partial Techno-Economic Screening of Hydrogen, Ammonia, E-Diesel, and Waste Cooking Oil Biodiesel Pathways for Heavy-Duty Internal Combustion Engines

　　

摘要

本文通过使用简化模型的能量效率分析方法、部分技术经济成本模型以及10,000个拉丁超立方模拟样本，对五种运输方式——柴油、可再生氢、绿色氨、费托合成电子柴油（e-diesel）和B100废烹饪油脂肪酸甲酯（WCO-FAME）——进行了对比研究。每种替代燃料都与柴油进行了配对分析。所有结果均基于1千瓦时的净制动功（kWh_b）和1000吨公里的货运工作量（1000 tkm）进行了标准化。根据欧盟委员会车辆能耗计算工具（VECTO）针对长途运输（5-LH；4×2牵引车-半挂车组合）的监测数据进行的碳平衡反推显示，氢燃料的能耗为89.31 kWh_b/1000 tkm；考虑到特定限制条件后，氢燃料的能耗增加到94.79 kWh_b/1000 tkm，氨燃料的能耗则为91.97 kWh_b/1000 tkm。在确定的基准情景下，氢燃料的能量效率为43.02%，电子柴油为39.67%，柴油为39.35%，B100为37.56%，氨燃料为33.81%。特定研究中的部分成本以2025年欧元计，为每1000公里运输量计算，包括燃料成本、维护费用以及车辆资产的年均增加成本；未考虑共同车队成本（如驾驶员费用、轮胎费用、通行费、保险费和税收）和外部性因素。因此，该指标并不代表完整的货运成本或关税。根据基准情景，柴油的成本为25.85欧元/1000公里，B100为26.72欧元/1000公里，氢燃料为58.64欧元/1000公里，氨燃料为59.84欧元/1000公里，电子柴油为67.44欧元/1000公里。在所有配对模拟样本中，氢燃料的能量效率在96.50%的情况下优于柴油；三种电燃料的成本均高于柴油，而B100的成本在35.62%的情况下低于柴油。由此可见，氢燃料在能量效率方面表现最佳，柴油在成本方面具有优势，B100的成本竞争力最强。这些结果仅基于模型筛选得出，并非完整的生命周期评估：未进行定量生命周期影响评估（LCIA）、环境排序或边际减排成本分析。