（通讯员 王放 张少君）重型车是交通领域减污降碳的重点。随着电池技术迭代发展和成本快速下降，纯电动车在中国商用车市场渗透率已达30%，氢燃料电池重型车和低碳燃料内燃机车的研发和推广也取得了显著进展。然而，从全球范围来看，由于重型车使用场景复杂，现阶段技术和成本可行性阻碍了新能源重型车快速普及；由于不同国家和地区的能源结构、用能成本存在差异，现有研究缺乏对国际不同地区未来重型车低碳转型各类路径的技术可行性、成本特征和减碳效益的全面、深刻认识。

近日，清华大学环境学院吴烨教授课题组、张少君副教授课题组与国际清洁交通委员会（International Council on Clean Transportation）、美国麻省理工学院、美国密歇根大学的研究人员合作，以中国、美国、欧洲三个全球最重要重型车市场为例，对纯电动、氢燃料电池和低碳燃料（如生物柴油和电子合成柴油E-diesel）重型车低碳技术路径在各类场景的技术可行性、总拥有成本与生命周期碳减排效益进行了系统综述和分析，并以重型牵引车为重点，对2040年各类技术在不同地区的推广竞争潜力进行了预测评估（图1）。

图1.（a）重型车使用场景异质性（b）重型车清洁化路径及重要影响参数

研究通过对重型车技术路径关键参数的深入调研，提出了“等效能量密度”评估指标，即在可实现日补能频率的情况下各类技术路径的单位总质量有效输出能量；并分析了纯电动和氢燃料电池重型车在日补能1次和2次情况下能实现的车辆替代率，作为其技术可行性的参考。研究以此为基础，量化了2020-2040年不同重型车队电动化使用各类清洁化技术路径的可行性。以转型难度最大的重型牵引车为例，研究发现，在日补能1次的情况下，现有纯电动、氢燃料电池车型可满足中美欧牵引车队超过35%和67%的日常出行需求（图2），而每日增加一次中途补能的机会可以使得这一比例超过88%。氢燃料电池车型比纯电动车型具有更高的能量密度，但一次能量使用效率（绿电制氢）远低于纯电动车。研究预测，到2040年，随着电池能量密度进一步提高，在日均充电一次的情况下，纯电动牵引车型将满足中国、美国、欧洲超过70%现有柴油牵引车的出行需求。

图2.（a）中国、美国、欧洲典型重型车队日出行里程分布（b）重型牵引车替代比例随等效能量密度变化（c）2020-2040年重型车低碳路径的等效能量密度区间

研究发现，尽管车辆生产和燃料生产及储运环节产生碳排放，纯电动、氢燃料电池重型牵引车生命周期CO2排放仍然比同类柴油车降低27%-58%（图3），具有显著的减排效益。随着可再生电力使用比例的提高，氢燃料电池车辆必须使用绿氢才能实现生命周期CO2排放低于纯电动重型车。在总拥有成本方面，研究发现，目前仅中国纯电动重型牵引车可实现与柴油车平价（图3）；美国和欧洲市场的纯电动、氢燃料电池车型总拥有成本分别将在2030年、2040年与柴油车持平。纯电动重型车比氢燃料电池重型车更早实现成本效益，在纯电动重型车逐渐占领市场后，氢燃料电池重型车的潜在市场空间将缩小，其单车的基础设施（如加氢站）建设成本将进一步提高。

图3.重型牵引车队生命周期排放及总拥有成本：（a）现状年重型牵引车队生命周期CO2排放（b）现状年单车总拥有成本（c）2030年单车总拥有成本与2020年对比（d）中美欧2040年重型牵引车碳减排成本对比

研究成果以“重型公路运输清洁路径的可行性、成本和脱碳潜力”（Feasibility, cost and decarbonization potential of clean pathways for heavy-duty road transportation）为题，于11月25日发表于《自然综述：清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）。

清华大学环境学院副教授张少君为论文第一作者，环境学院教授吴烨为论文通讯作者。论文合作者包括麻省理工学院博士后赵昢，清华大学环境学院博士后王放，国际清洁交通委员会研究员哈桑·巴斯玛（Hussein Basma）博士、重型车项目主任菲利普·罗德里格兹（Felipe Rodriguez）博士，密歇根大学教授蒂姆·沃林顿（Timothy Wallington）、格里格·基奥莱恩（Gregory Keoleian）。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、能源基金会等的支持。