专论 || 韩志玉：重卡低碳转型：混合动力与低碳燃料迭代发展
重卡能源周期的二氧化碳排放
重型卡车是公路运输的主力军，同时也是交通领域的“碳排放大户”。数据显示，全球运输业约22％的二氧化碳排放来自重卡，中国重卡仅占汽车总量的3.1％，却贡献了近40％的行业碳排放。随着国家“双碳”目标的推进，如何推动重卡低碳绿色转型已成为汽车工业的核心议题。目前，重卡低碳化路径呈现多元化趋势，纯电驱动、混合动力和低碳燃料的应用是主要发展方向。
混合动力：节能增效的“黄金方案”
当一辆满载49吨货物的重卡驶过，或许难以想象，这样的“钢铁巨兽”也能拥有家用轿车上应用的混合动力技术。与依赖外部充电的混合动力乘用车不同，重卡的混动系统自带“移动充电宝”，通过智能调节，将柴油与电能的优势相结合。
和传统柴油动力相比，混合动力的优势是什么？这需要从节能、环保和经济效益等维度进行评价，特别要考虑运输企业和个体十分关切的全生命周期拥有成本（TCO）。TCO包括购车成本、使用成本（如燃油、保险、路桥费等）、人工成本及报废费用，其中能源费用占比约1/3。TCO的高低直接影响用户的经济效益和新技术的落地。
以串并联混动重卡为例，在中国标准循环工况（CHTC-TT）下，满载49吨货物时油耗降低6.1升／100公里，比传统柴油车节省约15％的燃油。在实际山区道路上，混合动力车型的节能优势甚至可达20％。此外，混合动力重卡0～80公里／小时加速时间比柴油重卡缩短近50％，大幅提升爬坡能力和机动性。
尽管混合动力重卡的购车成本比柴油重卡高约8万元，但运行期间的节能特性使其百万公里的使用总成本比柴油重卡低27万元（即每公里节省0.27元）。同时，由于节省柴油，混动重卡在百万公里运行过程中，可减少163吨二氧化碳排放，相当于种植2000余棵树。
具体的混合动力构型技术孰优孰劣？目前中国市场上的柴油混动重卡主要有3种构型：串联式、并联式和串并联式，它们在结构上各具特色。串联式混动结构中发动机仅用于发电，车辆完全依靠电机驱动，带来类似纯电重卡的驾驶体验。其低速能效较高，但在高速行驶时，由于电能转换损失较大，整体能耗偏高；并联式混动结构中发动机与电机均可直接驱动车辆，仅需在传统车型变速器前加装电机即可实现混动。其动力性更优，但系统集成复杂，匹配难度较高，油耗控制相对困难；串并联式混动结合两者优势，低速时采用高效发电模式，高速时发动机和电机协同驱动，以实现最佳能效。
在标准工况下，串并联混动重卡的油耗最低，为33.79升／100公里，比并联和串联分别低0.78升和1.87升；但在实际道路工况下，并联混动重卡表现更优，油耗仅35.48升／100公里。累计至百万公里生命周期，油耗差距可达1800升至1.46万升。从经济性来看，串并联构型的TCO最低，百万公里成本TCO约为698万元，比并联和串联分别低2万元和6万元。混合动力技术构型在不同运输场景下的表现有所差异，因此运输场景差异需匹配最优技术方案。
总体而言，柴油混合动力重卡在动力性、油耗和碳排放等方面均优于传统柴油重卡，且经济效益显著。更重要的是，其推广无需大规模基础设施建设，适用于现有公路运输体系，能够实现政府、行业和用户的多方共赢。
燃料选择：能耗与成本博弈
目前，纯电重卡已经应用于短距离运输场景，液化天然气（LNG）重卡在长距离运输也有规模化市场，而甲醇与氢燃料被视为未来潜力选项。面对如此众多的重卡动力类型，需从能耗与成本双维度开展评估。
为了方便比较，从重卡行驶百万公里消耗的不同能源换算成电力度数（kWh）可以看出：第一，LNG和甲醇重卡的能耗约为400万度，比柴油重卡高出15％左右。主要原因是现阶段LNG和甲醇发动机的热效率低于柴油机。纯电重卡的能效最高，仅为柴油动力的37％，主要得益于电驱系统的高效性。由于氢气发动机尚处于研发阶段，其能效也低于柴油机。另外，无论采用何种燃料，混合动力技术都能显著降低能源消耗，节能幅度达14％～20％，显示出其广泛适用性。
基于当前能源价格的TCO计算（柴油7.5元／L，LNG 4.79元／kg，甲醇2元／L，氢气25元／kg，电力1.1元／kWh），LNG和甲醇重卡的TCO处于最低位，优于柴油和纯电重卡。近年来LNG重卡销量激增（2024年比2022年增加了377.7％）就是得益于其良好的经济性。
纯电重卡的TCO低于柴油重卡，但受到混合动力技术的挑战。纯电重卡的初始购置成本和保险费用高。另外，由于电池重量大，导致纯电重卡的运载能力下降，削弱其经济效益。
能源价格的波动对重卡的TCO有一定影响。当能源价格上下波动15％时，LNG重卡的成本波动最小，仅为3.3％。而氢气重卡TCO最高，TCO波动幅度也最大，为5.7％，缺乏成本竞争力。当氢气价格降至21元／kg时，氢气混动重卡经济性方可超越柴油混动。
碳排放全景：从运行阶段到能源周期
分析碳排放时，划定碳排放的边界（或过程阶段）非常重要。车辆在运行阶段的碳排放和生产其消耗的能源（燃料）过程中的碳排放，这两个阶段相加就构成了“油井-车轮”全过程，或称为能源周期。能源周期的碳排放占全生命周期总碳排放的绝大部分。
从运行阶段来看，纯电和氢气重卡的碳排放为零，甲醇重卡碳排放最高，其次是LNG和柴油重卡，但总体相差并不大。而混合动力技术可以减少重卡运行阶段二氧化碳排放，降幅为14％～19％。尽管理论上甲醇燃烧的单位热值碳排放低于柴油，但实际上现有甲醇发动机的热效率低于柴油机，从而导致甲醇重卡的碳排放稍高于柴油重卡。因此，提高甲醇发动机的效率是降低其碳排放的关键。
但是，当把观察的视角从车辆运行阶段移到能源周期的全局，情况就发生了巨大的变化（见图1）。首先，纯电重卡的碳排放不再为零，考虑了发电和传输，纯电重卡的碳排放就变得很可观，尽管它要比柴油低26.5％。
第二，燃用甲醇或氢气是否减少碳排放取决于来源或生产方式。以甲醇为例，目前甲醇多由煤炭转换，生产过程排出大量二氧化碳，重卡燃用煤制甲醇后总碳排放不减反增，是燃用柴油的4倍左右。同样，燃用以煤为原料生产的氢气同样导致能源周期的碳排放增加，约为燃用柴油的2.6倍。采用水电、风电等绿色可再生电力来电解水制氢，加上回收工业废气的二氧化碳来生产甲醇，就可以生产出“绿色氢气”和“绿色甲醇”，重卡燃用这些绿色燃料就可以大幅（85％以上）减少二氧化碳排放，达到碳中性的效果。
因此，氢气和甲醇的生产过程低碳化决定了这些燃料是否低碳。其中，可以采用创新技术降低燃料生产过程的碳排放。例如，吉利汽车在安阳将炼焦厂排出的焦炉煤气和石灰窑的二氧化碳排气收集起来，经催化反应合成甲醇，让原本污染环境的废气经过转化后成为可用的“负碳”甲醇。燃用这些甲醇的重卡有望比柴油重卡总碳排放降低23％。
总之，重卡减碳不仅要看使用表现，也要看能源（燃料）的生产运输等环节。每个环节都需要低碳绿色升级。碳中性燃料的规模化应用依赖基础设施建设和能源产业结构的调整，是一项长期战略。因此，重卡行业短、中期减碳技术路线应该是长途运输采用柴油混合动力；在补能方便的场景使用纯电和LNG；同时推广重卡使用从工业废气生产的甲醇。
政策杠杆：技术落地的无形推手
降低碳排放是当前的国策，需要政策支持。例如，碳排放交易可以将企业二氧化碳减排量转化为经济效益。如果在公路运输行业中推行该机制，则可以用经济杠杆来鼓励重卡采用低碳技术。例如，以2024年中国碳排放权交易平均价格95.8元／吨计算，燃用含碳燃料的重卡（柴油、甲醇以及LNG）百万公里运行的碳排放权就接近10万元。碳排放经济杠杆对含碳燃料重卡的经济性将构成重大挑战。因此，在向清洁能源过渡期间，引入碳排放交易将改变影响新技术落地的决策机制，从“成本优先”转向“绿色优先”。运输企业在选择重卡动力系统时就会更加青睐低排放技术，促进行业的低碳可持续发展。
现阶段，氢能重卡主要在示范区域内运行，其推广应用受到了加氢站等基础设施限制，也受到了氢气成本较高的约束。为了进一步扩大氢能重卡的应用范围，自2024年起，山东、四川等多个省份纷纷出台氢能重卡补贴政策，这其中最亮眼的要数免除氢能重卡高速过路费政策。免除高速通行费后，氢气混动重卡的TCO比柴油重卡低近200万元。如此巨大的成本优势不仅能直接为企业节省开支，更有望带动更多运输企业尝试氢能重卡。可见政策是推动技术落地的“无形之手”。
结语：多元技术协同推进绿色转型
全面系统地评估新型动力及新燃料对重型卡车的技术、经济和环境影响很有必要。混合动力技术的三重优势使之成为重卡节能、减碳和增效的“黄金方案”。推广混合动力重卡可以形成国家、行业和用户的多赢局面，且不需要基础设施的建设，应予以优先发展。
当前，天然气和甲醇重卡的全生命周期拥有成本最低，所以被用户青睐，但需要进一步提升发动机的热效率。绿色氢气和绿色甲醇可以大幅降低重卡行业的碳排放，并最终达到碳中性。但要清醒地认识到，当前燃用煤制甲醇和煤制氢气所带来的巨大二氧化碳排放量。
重型卡车绿色转型是技术、经济与环境影响的综合结果。转型之路将是混合动力化与燃料低碳化相互交织的双螺旋迭代演进，依据运输场景和补能便利性，纯电、天然气、甲醇和氢气燃料将展现各自优势，呈现多元动力的绿色进化篇章。政府可以通过补贴绿色燃料、优化税收、推广混合动力技术等措施，推动行业迈向“技术多元、场景适配”的碳中和未来。
（作者系同济大学汽车学院教授）
