威克諾森 1.7 噸 EZ17e 全電動(dòng)緊湊型挖掘機(jī)（照片：威克諾森）

邁克·海耶斯（Mike Hayes）對(duì)建筑設(shè)備的電力技術(shù)進(jìn)行了深入研究，這些技術(shù)有可能在未來數(shù)年內(nèi)取代柴油，當(dāng)然也存在不會(huì)取代的可能性。假如在過去，關(guān)于更新您的建筑設(shè)備車隊(duì)的設(shè)想曾令您頭疼，那么現(xiàn)在，您或許需要轉(zhuǎn)移視線；因?yàn)樾蝿輰⒆兊酶鼮閺?fù)雜。

此外，如果您認(rèn)為這僅僅是一個(gè)從柴油向電動(dòng)轉(zhuǎn)型的問題，那么即便如此，事情也并非那么簡單。首先，我們需要探討的是電池技術(shù)……

沃爾沃電動(dòng) EC230 挖掘機(jī)承諾與柴油挖掘機(jī)相比，運(yùn)行成本最多可降低 70%（照片：沃爾沃建筑設(shè)備公司）

鋰離子電池已經(jīng)開始進(jìn)軍建筑領(lǐng)域，然而，它們的主要短板之一是功率密度較低，這目前限制了它們?yōu)橹匦驮O(shè)備全天候供電的能力。另一個(gè)缺點(diǎn)——或許更為重要的是成本問題。盡管人們預(yù)期隨著技術(shù)的普及，電池以及電池驅(qū)動(dòng)的建筑設(shè)備的成本會(huì)降低，但事實(shí)上鋰的價(jià)格已經(jīng)大幅度上漲，這是推高電池購買價(jià)格的主要因素之一——目前電機(jī)的成本是柴油機(jī)的兩至三倍。

即使考慮到在設(shè)備使用壽命期間可能降低的燃料和維護(hù)成本，許多承包商仍可能會(huì)對(duì)是否冒險(xiǎn)嘗試電力設(shè)備持猶豫態(tài)度，尤其是考慮到現(xiàn)階段的功率密度挑戰(zhàn)。

開啟備用電源方案的新篇章

例如，沃爾沃近期推出的全電動(dòng)22噸挖掘機(jī)EC230雖然承諾能實(shí)現(xiàn)8小時(shí)的工作輪班，但一部20噸的挖掘機(jī)要依靠鋰離子電池提供全天無間斷服務(wù)并在“午休時(shí)段”進(jìn)行高功率充電是十分困難的。這臺(tái)機(jī)器目前正在接受客戶的試用，如果能夠真正上市，將對(duì)這個(gè)規(guī)模的機(jī)器產(chǎn)生重大突破。

盡管許多大型電池電機(jī)在建設(shè)領(lǐng)域已經(jīng)掀起波瀾，但現(xiàn)實(shí)是，如果電力儲(chǔ)存能力和成本沒有重大突破，電力可能仍然只是緊湊型移動(dòng)機(jī)器的首選“燃料”。在緊湊型設(shè)備中，這項(xiàng)技術(shù)的確顯示出一些明顯的優(yōu)點(diǎn)——特別是對(duì)于在城市或其他敏感或封閉區(qū)域進(jìn)行的項(xiàng)目，這些優(yōu)點(diǎn)包括零排放和顯著降低噪音，以及簡化的維護(hù)和服務(wù)。例如，城市建設(shè)設(shè)備專家威克諾森最近推出了1.7噸的EZ17e電動(dòng)小型挖掘機(jī)，這是同類產(chǎn)品中首個(gè)實(shí)現(xiàn)零尾擺的產(chǎn)品。

該公司表示，這款機(jī)器可以在一個(gè)典型的工作日內(nèi)運(yùn)行，如果連接到電源，也可以在固定位置連續(xù)運(yùn)行。此外，威克諾森表示，使用常見的240伏單相插座，挖掘機(jī)可以在五到六個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿電。盡管在建筑領(lǐng)域仍處于起步階段，但這類電池電動(dòng)設(shè)備越來越被視為城市項(xiàng)目招標(biāo)承包商的必備技術(shù)。然而，也有其他電力技術(shù)可供選擇，而且這些技術(shù)都在分食原本由柴油主導(dǎo)的市場。

HVO 有什么好處？

設(shè)備制造商利勃海爾對(duì) HVO（氫化植物油）特別感興趣。HVO 是從例如食用油廢物、油脂和脂肪殘留物、廢脂肪和植物油中獲得的。當(dāng)生產(chǎn)過程中僅使用可再生能源時(shí)，HVO 的制造和使用幾乎是氣候中性的。

以其純凈形式或作為傳統(tǒng)柴油的添加劑，許多機(jī)器已經(jīng)可以以幾乎氣候中性的方式運(yùn)行，因?yàn)?nbsp;HVO 可以直接與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)合使用，而無需轉(zhuǎn)換機(jī)器。與傳統(tǒng)柴油相比，二氧化碳排放量可顯著減少 — 事實(shí)上高達(dá) 90%。

利勃海爾表示其所有發(fā)動(dòng)機(jī)均已準(zhǔn)備好接受 HVO，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換（照片：利勃海爾）

利勃海爾表示，其所有發(fā)動(dòng)機(jī)均已獲得 HVO 批準(zhǔn)，無需進(jìn)行改裝。該公司表示，它確保其使用的 HVO 主要來自蔬菜廢物，完全不含棕櫚油。這種燃料的問題在于其可用性；HVO 生產(chǎn)所需的適當(dāng)廢物不太可能永久獲得足夠的數(shù)量。盡管如此，利勃海爾認(rèn)為 HVO 目前代表了一種燃料選擇，可以為行業(yè)去石化做出重要貢獻(xiàn)。

在該公司位于德國漢諾威的工廠向小松機(jī)器灌裝 HVO（照片：小松）

另一家主要制造商小松公司也對(duì)植物油做出了堅(jiān)定的承諾，最近宣布改用 HVO 作為歐洲生產(chǎn)的設(shè)備的工廠填充燃料。這一舉措于上個(gè)月在德國漢諾威和英國伯特利的工廠開始。與利勃海爾非常相似，小松表示，其機(jī)器中的內(nèi)燃機(jī)（包括為建筑和拆除行業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器）可以使用 HVO 運(yùn)行，無需進(jìn)行任何修改，并將這一轉(zhuǎn)換描述為減少其環(huán)境影響的重要一步。

這種向 HVO 的轉(zhuǎn)變與小松對(duì)一系列替代能源技術(shù)和解決方案（例如電動(dòng)和氫動(dòng)力機(jī)器）的持續(xù)研究和開發(fā)同時(shí)進(jìn)行。

氫能在建筑設(shè)備中的應(yīng)用

關(guān)于氫能是以氫燃料電池形式存在還是作為內(nèi)燃機(jī)的燃料，目前還沒有明確的答案。但是，在對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行深入研究后，JCB公司一直在強(qiáng)調(diào)氫能作為燃料的優(yōu)勢。

在與KHL的貝基·舒爾茨 (Becky Schultz)討論JCB投入這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)間和精力時(shí)，該公司的首席創(chuàng)新和增長官Tim Burnhope表示：“我們對(duì)76篇論文進(jìn)行了研究——這些論文來自大學(xué)、頂級(jí)公司的實(shí)驗(yàn)，以及我們的結(jié)果顯示，絕大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)都是被改裝過的?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的學(xué)術(shù)嘗試都是試圖將氫氣注入現(xiàn)有的火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中。事實(shí)上，Accelera公司聲稱，他們的技術(shù)可以擴(kuò)展，具有輕量化的特點(diǎn)，能夠定制化應(yīng)用，滿足各種規(guī)模的需求。

Accelera 的第四代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī) – FCE150（照片：Accelera）

在德國的展臺(tái)上，該公司展示了他們的第四代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)FCE150。這種模塊化的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫室氣體排放為零或很少，并且可以通過堆疊生成300kW的解決方案，使其適合于重型越野機(jī)器。有人可能會(huì)說，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和設(shè)備制造商對(duì)電力技術(shù)的未來保持觀望態(tài)度。他們可能會(huì)說，沒有任何一種能源能夠取代建筑行業(yè)的柴油。

伯恩霍普說：“你不能把汽油加入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)并期望它能正常工作。這其實(shí)就是人們嘗試使用氫能所做的事情。問題是燃燒過程可能壓力過大、溫度過高。燃料可能過于豐富。所以，結(jié)果可能會(huì)很糟糕?！?/p>

在分析這些研究后，JCB的工程師們確定了11個(gè)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。伯恩霍普表示，其中大多數(shù)問題首先回歸到了如何燃燒氫氣，包括在遠(yuǎn)低于常規(guī)的溫度和壓力下，以及在氫氣和空氣的混合物極為稀薄的條件下進(jìn)行燃燒。

現(xiàn)在，JCB已經(jīng)安裝了他們的氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，并在多臺(tái)設(shè)備上運(yùn)行，預(yù)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)正在英國的專用生產(chǎn)線上生產(chǎn)。JCB負(fù)責(zé)氫發(fā)動(dòng)機(jī)性能、控制和集成的首席工程師Paul McCarthy在談到這些進(jìn)展時(shí)表示：“我們實(shí)際上已經(jīng)制造了第50臺(tái)氫發(fā)動(dòng)機(jī)，所以這并非只是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這是真實(shí)的，正在進(jìn)行中。我們已經(jīng)在驗(yàn)證我們的生產(chǎn)技術(shù)，準(zhǔn)備進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)?！?/p>

燃料電池堆

在最近在德國舉行的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商康明斯旗下的Accelera展示了一系列氫能解決方案，其中包括最新的燃料電池技術(shù)。該公司表示，他們的質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池技術(shù)使用純氫產(chǎn)生零排放電力，適合應(yīng)用于重型建筑設(shè)備。

實(shí)際上，Accelera聲稱他們的技術(shù)是可擴(kuò)展的、輕量級(jí)的，并且可以進(jìn)行定制，以滿足各種規(guī)模的應(yīng)用需求。在德國的展臺(tái)上，他們展示了第四代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)FCE150。這種模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)幾乎不排放溫室氣體，并且可以堆疊生成300kW的解決方案，使其適應(yīng)重型越野機(jī)器。

有人可能會(huì)認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和設(shè)備制造商對(duì)于電力技術(shù)的未來采取了觀望態(tài)度。他們自己可能會(huì)說，沒有任何一種能源可以完全取代建筑行業(yè)中的柴油。

在未來一段時(shí)間內(nèi)，承包商可能會(huì)對(duì)設(shè)備采購感到焦慮。

合成燃料會(huì)是未來嗎？

近期，曼能源解決方案公司為智利一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目提供了一臺(tái)甲醇反應(yīng)器，該項(xiàng)目在制造氣候中性的合成燃料。這個(gè)名為Haru Oni的項(xiàng)目利用了智利南部蓬塔阿雷納斯市附近優(yōu)質(zhì)的風(fēng)力資源，借助可再生能源制造所謂的電子燃料。

曼能源解決方案公司的首席執(zhí)行官Uwe Lauber表明：“合成燃料是氣候中和未來道路上的一個(gè)重要組成部分。它們有潛力讓所有直接電氣化無法實(shí)現(xiàn)或者不切實(shí)際的部門和流程實(shí)現(xiàn)碳中和。”

在第一個(gè)工藝流程中，電解槽使用風(fēng)能將水分子分解為基礎(chǔ)成分：氧氣和氫氣。接著，綠色氫氣與從空氣中過濾出的二氧化碳在曼能源解決方案公司的甲醇反應(yīng)器中結(jié)合，生成綠色甲醇，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氣候中性汽油。在試驗(yàn)階段，該大型工廠能生產(chǎn)大約130,000升的電子燃料。

到了明年，預(yù)計(jì)生產(chǎn)能力將提升到每年5500萬升左右。預(yù)計(jì)到2026年，產(chǎn)量將增長至每年5.5億升左右。

電池爭戰(zhàn)

全新的電池電機(jī)正在以驚人的速度進(jìn)入市場，但該技術(shù)的普及仍然面臨著重大的挑戰(zhàn)。在目前研究中的新電池開發(fā)項(xiàng)目中，有兩種電池在提升功率密度和安全性，以及降低成本方面顯示出了潛力。

第一種技術(shù)是固態(tài)電池技術(shù)，它使用陶瓷或其他固態(tài)材料代替液體電解質(zhì)。液體電解質(zhì)一直是電池的痛點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儤O易燃燒。實(shí)踐證明，固態(tài)電池能更快地移動(dòng)電荷。然而，電池的退化問題仍存在，在這個(gè)問題解決之前，我們不太可能看到這種電池為建筑設(shè)備提供動(dòng)力。

第二種技術(shù)則涉及用鈉取代鋰，鈉是一種礦物質(zhì)，其含量遠(yuǎn)高于目前開采成本持續(xù)增加的金屬。

另外，鈉離子電池比鋰離子電池不易燃燒，因此可能提高電池的安全性。

然而，到目前為止，鈉尚未證明其在提高或者至少達(dá)到鋰的功率密度方面的能力，但相關(guān)測試正在進(jìn)行中。我們幾乎可以肯定，在未來電池的發(fā)展中，陰極材料會(huì)有所改進(jìn)，目前陰極材料常常是石墨。目前正在測試的硅等替代品有可能提高能量密度并加快充電速度。