全新绿色技术，让货运对环境更友好

March 13, 2024

Fanny Hu

发布于2024-03-13

在全球运输业的二氧化碳排放量中，乘用车约占45%，紧随其后的便是公路货运（29%）（图1）^[1]。而且，公路货运的主要燃料是柴油，这也是颗粒物、氮氧化物等多种污染物的重要来源，会严重影响环境和健康。

图1：全球运输业的二氧化碳排放量。（图源：Hannah Ritchie/Our World in Data）

与乘用车领域的变化类似，商业运输要提高可持续性，也需要在基础技术及其部署上实现重大转变。

电动卡车

商用车制造商已经联合起来，成立了欧洲汽车制造商协会（ACEA）。ACEA与波茨坦气候影响研究所（PIK）的科学家一起，制定了到2050年实现碳中和的路线图。

根据ACEA的数据，与2021年相比，2022年电动重型货车（HGV）的注册量增加了32.8%，但这仍只占新车电动化的0.6%^[2]。要实现大规模应用，还需要克服以下几个技术挑战：

行驶里程有限：现有电池的功率密度不足以满足许多商业应用的需求。
充电基础设施不足：充电设施的数量不够，充电功率也亟待提升。
电池的比容量过低：长途货车若采用又大又重的电池，势必降低有效装载能力，但如果改用小型轻量电池，又会因充电频繁而延长运输时间。

要在合理的时间内为货车上的大型电池充电，需要开发兆瓦级的充电器。许多公司正在合作制定未来的超快速兆瓦级充电标准，如“兆瓦级充电系统”（MCS）。

要实现更大功率，还需要使用更粗更重的电缆，这给设计和可用性带来了挑战。例如，连接器和电缆可能需要采用液冷方案；兆瓦级充电站还必须解决货车充电对电网造成的负载波动影响。

其他充电方法

为了减轻对兆瓦级充电站的需求，商用车制造商还在考虑其他解决方案。

架空接触网充电：借助受电弓从架空接触网受电，让货车在行驶过程中充电。不过，这种方案只能成为与充电站并存的补充方式，因为将整个公路网络电气化并不现实。

无线充电：通过路面中埋设的线圈，让车辆在行驶过程中充电。这种方案在技术、成本和安全方面还存在较大挑战，而且效率较低，因而尚处于早期研究阶段。

换电：通过更换电池来实现补能，整个过程比充电快得多，最快只需5分钟。对于时间就是金钱的商用车而言，这种方案非常有吸引力。在中国，2022年售出的电动货车中近一半都支持换电^[3]。不过，这种方案也面临着一些挑战，包括额外的电池及其处理设备带来的成本，毕竟货车电池往往能达到3吨重。

自动驾驶车辆

自动驾驶电动车已运用到多种受限环境中，包括仓库、港口和行人禁入道路等。

自动驾驶货车可以降低货运成本、解决司机短缺的问题，而且无需执行强制休息，让车辆可以连续行驶更长时间，并且可以更灵活地停车充电，有利于货运行业向电动化过渡。

Einride是一家开发自动驾驶电动货车的公司（图2），他们的车辆由固定地点的远程操作员监控。在某些情况下，例如在狭窄道路上或繁忙的配送中心内，操作员可以接管控制权，而且无需长途跋涉到车辆所在的位置。

图2：Einride第2代自动驾驶货车。（图源：Einride [einride.tech/press]）

航运

从每单位货物来看，与火车和公路货车相比，船舶是一种非常节能的运输方式。不过，由于船舶业务规模庞大，该行业仍然产生了巨大的全球二氧化碳排放量。因此，许多公司正在探索能够提高可持续性的新创新。

对船舶而言，最显而易见的替代能源或许就是风能。人类从几个世纪前就开始利用这种能源，但现代技术提供了许多能够显著提高效率的选择。在传统风帆之外，翼帆是一种更具创新性的选择。

BAR Technologies与Yara Marine合作的WindWings计划（图3）以及Oceanbird等项目正在开发翼帆船舶。与传统风帆相比，这些结构更类似于直立着的飞机机翼，这种刚性结构使之能够实现比传统风帆更精细的控制和更高的效率。在典型的系统中，风帆安装在甲板上，但可以折叠平整，以便进入港口或从桥下通过。这些风帆可以改装到现有的船舶上，也可以安装在新建造的船舶上。

图3：BARTech和Yara Marine合作的WindWings安装在日本三菱的Pyxis Ocean散货船上。（图源：BAR Technologies）

BAR Technologies和Yara Marine的WindWings可提供动态多元件翼状结构，并结合航线进行优化，可将现有船舶的燃油效率提高30%^[4]，而根据Oceanbird的模拟，其定制船舶预计可减少90%的排放^[5]。