重卡能源周期的二氧化碳排放

重型卡車是公路運輸的主力軍，同時也是交通領域的“碳排放大戶”。數據顯示，全球運輸業約22％的二氧化碳排放來自重卡，中國重卡僅占汽車總量的3.1％，卻貢獻了近40％的行業碳排放🧏🏻。隨著國家“雙碳”目標的推進🧔🏽，如何推動重卡低碳綠色轉型已成為汽車工業的核心議題🎗。目前，重卡低碳化路徑呈現多元化趨勢，純電驅動、混合動力和低碳燃料的應用是主要發展方向。
混合動力：節能增效的“黃金方案”

當一輛滿載49噸貨物的重卡駛過👨‍🏭，或許難以想象，這樣的“鋼鐵巨獸”也能擁有家用轎車上應用的混合動力技術。與依賴外部充電的混合動力乘用車不同，重卡的混動系統自帶“移動充電寶”，通過智能調節，將柴油與電能的優勢相結合💅🏻。

和傳統柴油動力相比，混合動力的優勢是什麽？這需要從節能𓀁、環保和經濟效益等維度進行評價，特別要考慮運輸企業和個體十分關切的全生命周期擁有成本（TCO）。TCO包括購車成本、使用成本（如燃油🚶、保險📕、路橋費等）、人工成本及報廢費用，其中能源費用占比約1/3。TCO的高低直接影響用戶的經濟效益和新技術的落地。

以串並聯混動重卡為例，在中國標準循環工況（CHTC-TT）下，滿載49噸貨物時油耗降低6.1升／100公裏，比傳統柴油車節省約15％的燃油🐠。在實際山區道路上🚵🏿，混合動力車型的節能優勢甚至可達20％。此外，混合動力重卡0～80公裏／小時加速時間比柴油重卡縮短近50％，大幅提升爬坡能力和機動性♣︎。

盡管混合動力重卡的購車成本比柴油重卡高約8萬元🛀🏼，但運行期間的節能特性使其百萬公裏的使用總成本比柴油重卡低27萬元（即每公裏節省0.27元）🦔。同時🫶，由於節省柴油，混動重卡在百萬公裏運行過程中👨🏼‍✈️，可減少163噸二氧化碳排放𓀚，相當於種植2000余棵樹🤘🏽。
具體的混合動力構型技術孰優孰劣🏋🏿‍♀️？目前中國市場上的柴油混動重卡主要有3種構型🏪：串聯式🫱🏽、並聯式和串並聯式👨🏽‍🍳，它們在結構上各具特色。串聯式混動結構中發動機僅用於發電，車輛完全依靠電機驅動，帶來類似純電重卡的駕駛體驗。其低速能效較高🥤，但在高速行駛時，由於電能轉換損失較大😢，整體能耗偏高🕯；並聯式混動結構中發動機與電機均可直接驅動車輛，僅需在傳統車型變速器前加裝電機即可實現混動🧑🏼‍🦳。其動力性更優，但系統集成復雜，匹配難度較高，油耗控製相對困難；串並聯式混動結合兩者優勢🫶🏿𓀕，低速時采用高效發電模式🙍🏼‍♀️，高速時發動機和電機協同驅動，以實現最佳能效。

在標準工況下，串並聯混動重卡的油耗最低💝，為33.79升／100公裏🪛，比並聯和串聯分別低0.78升和1.87升👩🏽；但在實際道路工況下Ⓜ️，並聯混動重卡表現更優🧑‍🧒，油耗僅35.48升／100公裏🦸‍♀️。累計至百萬公裏生命周期🙍🏽‍♀️，油耗差距可達1800升至1.46萬升。從經濟性來看💃，串並聯構型的TCO最低，百萬公裏成本TCO約為698萬元🦉，比並聯和串聯分別低2萬元和6萬元😔。混合動力技術構型在不同運輸場景下的表現有所差異🤽🏽‍♂️，因此運輸場景差異需匹配最優技術方案。

總體而言🕜，柴油混合動力重卡在動力性🏏、油耗和碳排放等方面均優於傳統柴油重卡，且經濟效益顯著🧟‍♀️。更重要的是，其推廣無需大規模基礎設施建設，適用於現有公路運輸體系，能夠實現政府、行業和用戶的多方共贏。

燃料選擇：能耗與成本博弈

目前，純電重卡已經應用於短距離運輸場景，液化天然氣（LNG）重卡在長距離運輸也有規模化市場，而甲醇與氫燃料被視為未來潛力選項。面對如此眾多的重卡動力類型，需從能耗與成本雙維度開展評估。

為了方便比較，從重卡行駛百萬公裏消耗的不同能源換算成電力度數（kWh）可以看出：第一，LNG和甲醇重卡的能耗約為400萬度，比柴油重卡高出15％左右。主要原因是現階段LNG和甲醇發動機的熱效率低於柴油機。純電重卡的能效最高，僅為柴油動力的37％，主要得益於電驅系統的高效性🍏。由於氫氣發動機尚處於研發階段，其能效也低於柴油機。另外，無論采用何種燃料，混合動力技術都能顯著降低能源消耗👨🏼‍🦲，節能幅度達14％～20％，顯示出其廣泛適用性🤚🏿。

基於當前能源價格的TCO計算（柴油7.5元／L，LNG 4.79元／kg📛，甲醇2元／L，氫氣25元／kg，電力1.1元／kWh），LNG和甲醇重卡的TCO處於最低位，優於柴油和純電重卡。近年來LNG重卡銷量激增（2024年比2022年增加了377.7％）就是得益於其良好的經濟性⚛️🦖。

純電重卡的TCO低於柴油重卡，但受到混合動力技術的挑戰。純電重卡的初始購置成本和保險費用高📊。另外，由於電池重量大，導致純電重卡的運載能力下降，削弱其經濟效益🙆🏻‍♀️。

能源價格的波動對重卡的TCO有一定影響。當能源價格上下波動15％時，LNG重卡的成本波動最小，僅為3.3％。而氫氣重卡TCO最高，TCO波動幅度也最大，為5.7％，缺乏成本競爭力👮‍♂️。當氫氣價格降至21元／kg時，氫氣混動重卡經濟性方可超越柴油混動。

碳排放全景👩‍❤️‍👨：從運行階段到能源周期

分析碳排放時，劃定碳排放的邊界（或過程階段）非常重要📵。車輛在運行階段的碳排放和生產其消耗的能源（燃料）過程中的碳排放，這兩個階段相加就構成了“油井-車輪”全過程，或稱為能源周期。能源周期的碳排放占全生命周期總碳排放的絕大部分。

從運行階段來看😛♠︎，純電和氫氣重卡的碳排放為零🦸🏽‍♀️，甲醇重卡碳排放最高，其次是LNG和柴油重卡，但總體相差並不大👨🏻‍🦱🧑🏼‍🏫。而混合動力技術可以減少重卡運行階段二氧化碳排放🧪🤽🏽‍♀️，降幅為14％～19％。盡管理論上甲醇燃燒的單位熱值碳排放低於柴油，但實際上現有甲醇發動機的熱效率低於柴油機，從而導致甲醇重卡的碳排放稍高於柴油重卡。因此🤷🏽，提高甲醇發動機的效率是降低其碳排放的關鍵🧔🏻‍♀️。

但是🫰🏼，當把觀察的視角從車輛運行階段移到能源周期的全局，情況就發生了巨大的變化（見圖1）。首先🚵🏽‍♂️，純電重卡的碳排放不再為零，考慮了發電和傳輸🚲，純電重卡的碳排放就變得很可觀，盡管它要比柴油低26.5％🤬。

第二，燃用甲醇或氫氣是否減少碳排放取決於來源或生產方式🧑🏼‍🎄。以甲醇為例🎺，目前甲醇多由煤炭轉換，生產過程排出大量二氧化碳，重卡燃用煤製甲醇後總碳排放不減反增，是燃用柴油的4倍左右。同樣，燃用以煤為原料生產的氫氣同樣導致能源周期的碳排放增加🧙🏻‍♀️，約為燃用柴油的2.6倍。采用水電👵🏼、風電等綠色可再生電力來電解水製氫，加上回收工業廢氣的二氧化碳來生產甲醇🧑‍🔧🧍🏻‍♂️，就可以生產出“綠色氫氣”和“綠色甲醇”，重卡燃用這些綠色燃料就可以大幅（85％以上）減少二氧化碳排放🤵🏼，達到碳中性的效果🧑‍🏫。

因此🤸，氫氣和甲醇的生產過程低碳化決定了這些燃料是否低碳🔭。其中，可以采用創新技術降低燃料生產過程的碳排放👩🏿‍🎓。例如，吉利汽車在安陽將煉焦廠排出的焦爐煤氣和石灰窯的二氧化碳排氣收集起來，經催化反應合成甲醇，讓原本汙染環境的廢氣經過轉化後成為可用的“負碳”甲醇。燃用這些甲醇的重卡有望比柴油重卡總碳排放降低23％。

總之，重卡減碳不僅要看使用表現，也要看能源（燃料）的生產運輸等環節。每個環節都需要低碳綠色升級。碳中性燃料的規模化應用依賴基礎設施建設和能源產業結構的調整，是一項長期戰略✡︎。因此🦸🏻‍♀️🏃🏻‍♂️，重卡行業短、中期減碳技術路線應該是長途運輸采用柴油混合動力💇🏽‍♀️；在補能方便的場景使用純電和LNG；同時推廣重卡使用從工業廢氣生產的甲醇🧑🏽‍🚀。

政策杠桿👌🏿：技術落地的無形推手

降低碳排放是當前的國策，需要政策支持。例如🦹🏽‍♂️，碳排放交易可以將企業二氧化碳減排量轉化為經濟效益。如果在公路運輸行業中推行該機製👐🏽，則可以用經濟杠桿來鼓勵重卡采用低碳技術🪂。例如💇🏿，以2024年中國碳排放權交易平均價格95.8元／噸計算🧑🏻‍🦼‍➡️，燃用含碳燃料的重卡（柴油☹️👯‍♀️、甲醇以及LNG）百萬公裏運行的碳排放權就接近10萬元🙅🏿‍♂️。碳排放經濟杠桿對含碳燃料重卡的經濟性將構成重大挑戰。因此◼️，在向清潔能源過渡期間🍠🦹🏽‍♂️，引入碳排放交易將改變影響新技術落地的決策機製，從“成本優先”轉向“綠色優先”🙆🏿‍♂️。運輸企業在選擇重卡動力系統時就會更加青睞低排放技術👏🏽💂🏻‍♂️，促進行業的低碳可持續發展。

現階段，氫能重卡主要在示範區域內運行，其推廣應用受到了加氫站等基礎設施限製，也受到了氫氣成本較高的約束🆘。為了進一步擴大氫能重卡的應用範圍，自2024年起，山東、四川等多個省份紛紛出臺氫能重卡補貼政策，這其中最亮眼的要數免除氫能重卡高速過路費政策。免除高速通行費後，氫氣混動重卡的TCO比柴油重卡低近200萬元。如此巨大的成本優勢不僅能直接為企業節省開支，更有望帶動更多運輸企業嘗試氫能重卡🚳。可見政策是推動技術落地的“無形之手”🍱。

結語：多元技術協同推進綠色轉型

全面系統地評估新型動力及新燃料對重型卡車的技術🎉、經濟和環境影響很有必要。混合動力技術的三重優勢使之成為重卡節能、減碳和增效的“黃金方案”。推廣混合動力重卡可以形成國家、行業和用戶的多贏局面👨🏻‍🦳，且不需要基礎設施的建設🍍，應予以優先發展。

當前，天然氣和甲醇重卡的全生命周期擁有成本最低，所以被用戶青睞，但需要進一步提升發動機的熱效率🤗。綠色氫氣和綠色甲醇可以大幅降低重卡行業的碳排放，並最終達到碳中性。但要清醒地認識到，當前燃用煤製甲醇和煤製氫氣所帶來的巨大二氧化碳排放量。

重型卡車綠色轉型是技術🧑‍🌾、經濟與環境影響的綜合結果。轉型之路將是混合動力化與燃料低碳化相互交織的雙螺旋迭代演進➔，依據運輸場景和補能便利性，純電、天然氣、甲醇和氫氣燃料將展現各自優勢🤳，呈現多元動力的綠色進化篇章。政府可以通過補貼綠色燃料🧙🏻‍♀️、優化稅收、推廣混合動力技術等措施🧖🏻‍♀️，推動行業邁向“技術多元、場景適配”的碳中和未來。

（作者系恒达平台汽車學院教授）

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