论文标题：Zero-Emission Heavy-Duty, Long-Haul Trucking: Obstacles and Opportunities for Logistics in North America

论文链接：https://www.mdpi.com/2305-6290/8/3/64

期刊名：Logistics

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1. 引言

在《巴黎协定》框架下，北美地区致力于减少温室气体排放。重型卡车作为货运主力，占运输排放重要份额，但目前几乎全部依赖柴油。加拿大和美国已设定目标：到2030年，零排放中型和重型卡车销量占比分别达到35%和42%，到2040年实现100%零排放新车销售。然而，货运量持续增长，且公路运输仍为主导模式，减排必须依靠技术效率提升。本文聚焦电池电动（BEV: Battery Electric Vehicles）和燃料电池电动（FCEV: Fuel Cell Electric Vehicles）两种零排放技术，通过分析其经济性、排放削减潜力及区域差异，为政策制定和行业转型提供参考。

2. 零排放卡车运输文献综述

2.1 技术成熟度

BEV技术成熟度（TRL: Technology Readiness Level）约为8-9级，已进入早期商业化；FCEV为7-8级，仍处于示范阶段。BEV面临三大障碍：续航有限、电池过重降低载货能力、充电时间长。FCEV则受制于氢燃料成本高、燃料电池昂贵。

2.2 其他技术

混合动力、接触网供电、天然气、生物燃料等虽有一定应用，但受限于成本、基础设施或减排潜力，难以成为长途卡车零排放的主流方案。此外，通过绿色卡车计划（如驾驶培训、载荷优化、低滚阻轮胎等）提升柴油车效率，虽能减少排放，但无法实现零排放。

2.3 BEV与FCEV的竞争

研究表明，BEV适合短途（<300公里），FCEV在长途（>500公里）方面优势明显，可实现与柴油车1:1替换，且加氢时间短。两者互补而非替代。

2.4 碳税背景

碳税旨在通过价格信号推动减排，但加拿大不列颠哥伦比亚省和瑞典的实践效果不一，且碳税在北美长途运输中面临跨境协调难题。

3. 方法

本文基于公开数据，设定柴油车基准价格16万美元，年行驶10万或20万公里，寿命12年，资金成本6%。燃油消耗：柴油38.5L/100km，BEV 120kWh/100km，FCEV 8.5kg H?/100km。

电力成本考虑电价（0.10美元/kWh）、需求收费（分三档：0、0.104、0.208美元/kWh）及充电站资本回收（0.186美元/kWh）。氢成本设6美元/kg和12美元/kg两档。

排放计算采用“辖区排放法”，柴油排放因子2.7kg CO?e/L，BEV排放取决于各州/省电网强度（数据覆盖61个辖区，分为六个等级），FCEV氢源考虑蒸汽甲烷重整（SMR: Steam–Methane Reforming，无碳捕集）和电解（基于电网）。碳税设为127.5美元/吨CO?e（加拿大2030年目标）。

4. 结果

4.1 减排潜力

表9. 电网强度（排放）等效性

表10. 电网强度下的每100公里排放减少与柴油相比

与柴油相比，BEV在电网强度低于870g CO₂e/kWh时排放更低，而1.25辆BEV替换一辆柴油车时临界值降为696g。FCEV（电解）需电网低于223g才优于柴油，而SMR氢（无碳捕集）可减排26.7%，且不依赖电网。在电网强度高的地区（如>510g），FCEV（SMR）比BEV更优。

4.2 经济性分析

以寿命周期现值燃料成本计算，无需求收费时BEV燃料成本远低于柴油，盈亏平衡购买价可达47万-57万美元；但若加收需求收费，BEV优势大减，甚至需低于柴油价格才能盈亏平衡。FCEV在氢价6美元/kg时盈亏平衡价高于柴油（17.7万-19.4万美元），而氢价12美元/kg时则不可行。碳税使柴油成本增加约25%，但对BEV和FCEV的改善有限，无法弥补需求收费或高氢价的影响。

4.3 碳税影响

碳税使BEV在低电网强度地区盈亏平衡价提升20%-40%，但在高需求收费下仍不敌FCEV（低价氢）。FCEV（SMR）在碳税下盈亏平衡价升至20.6万-25.2万美元，但关键仍在于氢价。碳税对决策的影响远低于需求收费和氢价。

5. 讨论

BEV面临充电基础设施昂贵、需求收费、电网容量限制等现实障碍。尽管无需求收费时经济性突出，但北美仅少数辖区具备条件。FCEV则需解决氢燃料成本与可获得性，但SMR氢可快速推广，且电解制氢可作为电网负荷平衡手段。

碳税虽有一定促进作用，但不足以单独驱动转型。政策应关注：降低氢价、豁免或补贴需求收费、投资充电与加氢网络、协调跨境规则。

没有单一最优技术，需根据辖区电网强度、需求收费、氢价等条件选择组合策略。

6. 结论

北美长途卡车零排放转型需依赖BEV与FCEV协同发展。BEV适合电网清洁且无需求收费地区，FCEV（尤其SMR氢）在电网强度高或需1:1替换载货能力时更具优势。碳税作用有限，政策重点应放在降低氢价、优化电网收费、建设基础设施上。未来研究需深入分析具体辖区、需求收费结构、跨境运输影响及技术组合策略。

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投稿截止日期：2026 年 10 月 16 日

客座编辑：Prof. Dr. Hokey Min and Prof. Dr. Seong-Jong Joo

https://www.mdpi.com/journal/logistics/special_issues/HPDY8OP4H5

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Robert Handfield

Logistics（ISSN 2305-6290）是一个为物流和供应链管理领域的研究人员及具有学术倾向的从业者设立的原创性期刊。期刊主要发表与物流和供应链相关的原创文章和高质量综述。主题涵盖领域包括但不限于：人工智能、物流分析和自动化；可持续发展与逆向物流；人道主义和医疗保健物流；最后一公里，电子商务与销售物流；海运物流；供应商，政府和采购物流等。

2024 Impact Factor：3.6

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