《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Beyond green or grey: hydrogen corridors and the future of decarbonized transport
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本研究通过蒙特卡洛模拟和情景分析，评估氢燃料电池车在Brenner走廊Kufstein至Verona路段的减排潜力。结果显示，2040年基准情景下减排可达17%，且不同氢源（绿色、蓝色、灰色）对减排影响显著，其中绿色氢源减排效果最佳。
马蒂尔德·加斯帕雷托（Matilde Gasparetto）|费德里科·卡瓦拉罗（Federico Cavallaro）|埃莉萨贝塔·切尔基（Elisabetta Cherchi）|西尔维奥·诺切拉（Silvio Nocera）
意大利威尼斯IUAV大学建筑与艺术系
摘要
氢越来越被认可为交通运输的关键能源，目前在一些主要的跨国路线上正在测试专门的氢能源走廊。然而，现有的科学研究数量有限且分散，这使得跨不同阶段、车辆类型和地域范围进行比较变得困难。本研究探讨了氢燃料电池车辆在减少布伦纳走廊（Brenner Corridor）库夫施泰因（Kufstein）至维罗纳（Verona）段从“井口到车轮”（Well-to-Wheel, WtW）排放方面的潜力。研究采用了蒙特卡洛模拟和情景分析相结合的方法来量化未来的排放量。与参考年份（238万吨二氧化碳当量，其中60%来自重型运输）相比，根据蒙特卡洛模拟得出的最可能的2040年情景下，WtW排放量可以减少17%。三种不同的氢能源来源情况（最佳、基准和最差）表明，绿色氢的渗透程度对未来排放有根本性影响，子情景下的氢排放量差异可达0.5倍。
引言
氢在向可持续交通转型的过程中日益被视为关键支柱，尤其是在完全电气化可能不充分或不切实际的应用场景中。作为使用端的零排放能源载体，燃料电池电动汽车（FCEVs）仅通过电化学反应产生水蒸气，这使它们成为内燃机（ICVs）的有吸引力的替代品（Guo等人，2024年）。它们快速加氢的能力和较长的行驶里程使其特别适合长途旅行和重型运输应用，而电池电动汽车（BEVs）在这些方面常常遇到操作限制（Maestre等人，2023年）。此外，与电力不同，氢可以储存，为交通系统的全面电气化提供了一种灵活的替代方案，并减少了对控制电池材料和制造国家的依赖。这些特点已经在多个国家的公共交通系统中取得了成功应用，凸显了氢作为脱碳出行方式组成部分的可行性（Kukharenko等人，2024年）。所有主要的交通方式都参与了这些示范项目，包括公路（Hensher等人，2022年；Logan等人，2020a年；Wang等人，2023年；Yan等人，2025年）、铁路（Hoffrichter等人，2012年；Logan等人，2020b年）、航空（Rostami等人，2025年）、内河（Bach等人，2020年）和海上运输（Hosseini，2020年；Pomaska和Acciaro，2022年）。氢燃料电池系统通过将氢（H2）与空气中的氧气在燃料电池内结合来运行，电化学反应产生的电能驱动电动机。这一反应的唯一副产品是水蒸气，进一步巩固了氢作为使用端清洁燃料的形象。
尽管人们对氢能源在交通领域的应用充满热情，但其真正对气候缓解的贡献仍存在相当大的不确定性。普遍认为氢本质上是清洁的，但这忽略了其环境和经济性能的显著变异性，而这些性能受生产方法的影响很大。所谓的“灰氢”来自未经过碳减排处理的化石燃料，目前成本约为1-2美元/千克，但其排放量与传统柴油车相当甚至更高（Borup等人，2021年；Rinaldi等人，2023年）。添加碳捕获和储存（CCS）技术后得到“蓝氢”，虽然可以减少排放，但仍面临可扩展性和剩余二氧化碳的问题；其成本通常在2-3美元/千克之间，且强烈依赖于天然气价格和碳定价机制（Boretti，2021年）。另一方面，“绿氢”通过可再生能源驱动的电解生产，具有最低的生命周期排放量，但成本仍然较高，通常为3-7美元/千克。然而，随着可再生能源成本的下降和电解槽效率的提高，长期来看这一成本可能会降至1-2美元/千克（Deng等人，2020年；Ajanovic和Haas，2022年）。这些成本和排放差异表明，氢的气候效益并非燃料本身固有的，而是受到上游能源选择的关键影响。
氢作为交通燃料的采用不仅取决于技术进步，还依赖于基础设施发展、政策支持和成本降低。世界各国政府正在实施激励计划、税收优惠和资金支持，以加速氢能的研究和开发（国际能源署，2023年）。此外，政府、企业和研究机构之间的国际合作正在推动氢燃料电池效率、供应链物流和成本降低方面的创新，进一步推动氢能作为清洁交通燃料的主流应用。欧盟（EU）、日本和美国（US）近年来都宣布了氢能战略（Tsatsaronis，2024年）；然而，虽然欧盟和日本继续推进这些计划，但由于最近联邦对区域氢能中心的资金削减，美国的战略目前面临不确定性。持续投资基础设施以及支持性的监管框架对于确保氢能在向可持续交通转型中的成功至关重要。这种制度动力促进了氢能源走廊的出现——这些走廊配备了专为氢动力车辆设计的加氢基础设施。在欧洲，这样的走廊正在关键的跨国轴线上建设，通常是在跨欧洲交通网络（TEN-T）的框架内。
为了全面评估氢在交通脱碳中的作用，需要将技术和政策方面有机结合起来。从技术角度来看，需要进行全面的WtW分析，涵盖氢的整个生命周期——从生产、分配到车辆运行。从政策角度来看，由于长途货运走廊常常跨越国界，评估氢的影响还需要考虑不同司法管辖区的政策差异、技术准备情况和市场条件。这些复杂性在斯堪的纳维亚-地中海TEN-T走廊的布伦纳段尤为明显（见图4a），该走廊因其经济重要性、地理规模和跨司法管辖区的复杂性而脱颖而出。布伦纳走廊从慕尼黑穿过奥地利和意大利北部，经过三个具有不同氢生产策略、能源结构和基础设施准备水平的国家（Clemens & Clemens，2022年）。
近年来关于氢在交通领域的科学文献显著增加，但对跨国走廊影响的分析仍然有限。此外，生产和分配阶段的考虑也不充分，这主要是由于量化这些阶段的难度（Cavallaro等人，2018年）。本文通过研究氢是否以及能在多大程度上有助于长途公路交通的脱碳，并探讨这种贡献在不同车辆类型中的差异，来填补这些空白。为此，我们提出了一个方法论框架，结合车辆活动数据、氢生产情景和蒙特卡洛模拟来估算氢应用的排放影响。该分析整合了预测的交通流量、分解的车辆推进技术和生命周期排放因子，以评估不同氢供应组合（从以化石燃料为主到以可再生能源为主）可能对走廊级碳排放产生的影响。随机建模框架通过模拟大量生产配置来应对氢来源的不确定性，这些配置受到政策指导的边界条件的约束，从而得出潜在排放轨迹的概率特征。贡献内容如下：在引言之后，文献综述描述了与评估氢在交通领域碳影响相关的主要学术发现。随后，第3节介绍了量化跨国公路基础设施WtW影响的方法论，并在第4节应用于布伦纳走廊的奥地利和意大利段。第5节展示了主要结果，第6节讨论了其意义，第7节提出了政策相关的见解。
部分摘录
文献综述
交通部门是全球温室气体（GHG）排放的主要来源之一。根据国际政策议程（例如欧盟气候行动、巴黎协定），需要向更清洁的能源替代品转型（Santos等人，2023年）。在新兴解决方案中，氢因其可再生性质和减少排放的潜力而受到广泛关注（Kumar等人，2024年）。然而，其作为交通燃料的有效性在很大程度上取决于生产方法，
评估跨国高速公路上氢能脱碳潜力的方法论
该方法论提出了一个结构化的、基于情景的框架，用于评估氢能——根据前一节中定义的生产方法或“颜色”——在减少跨国高速公路碳排放方面的潜力。该框架包括四个相互关联的阶段：按类型和燃料量化车辆活动、模拟与不同燃料（包括氢燃料）相关的二氧化碳当量（CO2eq）排放，以及评估氢能的总体影响
布伦纳走廊上的氢能潜力
上述方法论框架用于评估氢能在布伦纳走廊上对公路运输的环境影响，重点关注二氧化碳当量（CO2eq）排放。本节描述了布伦纳走廊奥地利-意大利段的地理、基础设施和交通特征，这是应用第3节中提出的方法论的基础。
结果
本节展示了分析的定量结果，将第3节描述的方法论应用于第4节描述的布伦纳走廊。首先报告了2022年的基准排放量（见方程（1）），然后评估了2040年的未来交通和车队情景（见方程（5）），最后通过确定性和概率方法量化了氢应用的影响（见方程（7）–（9））。
结果讨论
本节解释了第5节中的结果，将其与技术限制、氢生产不确定性以及跨国交通走廊的政策相关性联系起来。
虽然氢动力卡车对于减少能源密集型长途和重型货运的碳排放至关重要，但在直接电气化可行的情况下，电池电动汽车（BEVs）仍然是最节能的解决方案，其TtW效率显著更高，WtW排放量更低
结论
氢越来越被视为向低碳交通转型的关键支柱，尤其是在难以电气化的领域，如长途货运和重型车辆（HDVs）（Guo等人，2024年；Maestre等人，2023年）。然而，这项研究强调，氢的气候效益并非燃料本身固有的，而是其生产路径的关键决定因素。将氢分为灰氢、蓝氢和绿氢的分类对于理解其真正效益至关重要
CRediT作者贡献声明
马蒂尔德·加斯帕雷托（Matilde Gasparetto）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、方法论制定、调查、数据分析、概念化。费德里科·卡瓦拉罗（Federico Cavallaro）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、方法论制定、调查、数据分析、概念化。埃莉萨贝塔·切尔基（Elisabetta Cherchi）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、方法论制定、调查、数据分析、概念化。西尔维奥·诺切拉（Silvio Nocera）：撰写 – 审稿与
