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中国油气价差高企，天然气重卡市场却需求旺盛、发展迅猛。据统计，2023年我国天然气重卡中燃气牵引车渗透率超过46%，随着市场需求持续增长，预计2024年这一渗透率或达56%。
我国天然气重卡发展一片大好！那么，美国市场天然气卡车发展如何？北美货运效率委员会NACFE最近发布了《天然气在卡车运输脱碳中的作用》报告，在对车队、制造商、研究团体和行业组织的主题专家进行访谈的基础上撰写并参考了美国现有的公共信息，探讨了天然气在卡车运输行业中的应用，并解决了车队在改用天然气后将面临的一些机遇和挑战。
在当前减污降碳大背景下，重卡动力系统多样化发展路径凸显，美国环保、市场、企业对天然气重卡发展如何看待，对于我国有一定的借鉴意义。
天然气卡车的优势与挑战
天然气（NG）是一种有可能帮助减少温室气体（GHG）排放总量的燃料，在减少氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）等空气污染物对健康造成的直接和局部影响方面也具有显著优势。天然气和柴油的最大区别在于氮氧化物。用火花点火式天然气发动机取代柴油机可以提高车队达到即将实施的更严格排放标准的能力。
与柴油相比，天然气发动机的二氧化碳净排放效益在13%到18%之间。与柴油相比，在燃料比较的基础上，天然气每单位能量产生的二氧化碳量减少约 27%。不过，天然气发动机的效率比柴油低，而且天然气需要压缩后才能储存在车辆上。此外，还必须考虑主要发生在天然气供应系统（管道和地方配送系统）上游过程中的甲烷泄漏。环境保护署（EPA）估计泄漏量为1.4%，也有更高的估计。
根据美国石油学会 (APl) 的说法，天然气是石油的一种形式，通常与油井中的原油伴生。美国的大部分天然气都被认为是化石燃料，因为它是由地下资源经过数百万年的热量和压力作用于有机材料而形成的。另外，可再生天然气（RNG）也被称为生物甲烷，是一种通过净化沼气生产的管道级汽车燃料。RNG 具有显著的环境效益：从乳制品等动物废弃物中提取的RNG具有负碳强度。目前，运输业使用的天然气中，约70%是RNG。
虽然天然气在内燃机中的应用已有几十年的历史，但由于天然气是一种比柴油更低碳且燃烧更清洁的燃料，因此目前人们对将天然气用于交通运输领域的兴趣再次高涨。在过去几年中，生产RNG的能力大幅提高，到2022年，RNG占运输业天然气使用量的69%。
车队在评估天然气选择时，有许多财务方面的考虑。更具体地说，车队应从多个角度考虑和比较天然气与柴油及其他替代品，包括电池电动车。在此期间，电池电动汽车可能会有重大改进，这将为车队带来许多好处。在对天然气进行投资后，他们可能无法转而利用电池电动汽车的优势。
与任何技术一样，车队在使用天然气作为卡车动力源时既有好处也有挑战。最大的好处可能是天然气汽车几乎可以实现零排放，而且已经有了一些燃料基础设施。
天然气卡车使用面临的问题
由于天然气比空气轻，应用到交通领域，也就是卡车上，首先要解决的就是加气站等设施在维护方面存在的顾虑。历史上，维护设施是为处理使用比空气重的燃料（汽油/柴油）的车辆而设计的。由于天然气比空气轻，会上升到天花板，这意味着有必要对车间的某些区域进行改造。在车间改用天然气的过程中，有一些问题需要解决，而且车间需要审查其与天然气有关的特定建筑安全规范。
同时，有人担心天然气加气站的可用性。截至目前，美国有超过1400个CNG 加气站（其中 772 个为公共加气站）。液化天然气加气站约有 97 个（其中 51 个为公共加气站），大部分位于为长途卡车运输业提供服务的地区。
另外，由于天然气的能量密度较低，体积较大，占用车辆空间较多，这就使得天然气储气罐的成本和复杂程度远远高于柴油储气罐。
在环保方面，过去几年中，基于天然气汽车使用的情况，美国政府制定了大量法规，旨在提供更清洁的空气和实现运输业的去碳化。天然气发动机可以轻松满足美国环保署制定的 2027 年污染物标准法规。天然气发动机可作为一种工具，帮助卡车制造商满足温室气体第三阶段法规的要求。
天然气发动机不符合零排放车辆的要求。但是，如果天然气发动机与混合动力汽车相结合，则可以符合近零排放汽车的要求。
据卡车前沿了解，目前美国在天然气发动机和重型车研发生产企业中，比较突出的就是康明斯，它是天然气发动机的主要供应商，2024年初康明斯推出新的X15N，这是下一代 15 升发动机的第一个燃料无关版本。戴姆勒已宣布计划在其卡斯卡迪亚车型的日间驾驶室和卧铺版本中提供康明斯 X15N。肯沃斯在其产品组合中提供天然气发动机，并表示未来将在 T680 上提供康明斯 X15N 发动机。
此外，Hyliion也提供了动力总成解决方案，但他们已经停止生产天然气产品。西港公司提供高压直喷（HPDl）天然气燃烧系统，这是一种直喷系统，可同时喷射柴油（作为点火引导）和天然气。这种燃料系统允许发动机以晚循环直喷方式运行，这意味着燃料喷射的时间与柴油发动机类似，因此效率更接近柴油发动机。佩特比尔特在2007年推出了320型天然气发动机。他们目前有三个发动机平台：B6.7N、L9N 和 ISX12N。沃尔沃已在美国使用康明斯ISX12N发动机。
可再生天然气可以用作汽车燃料
可再生天然气（RNG）是一种可用作汽车燃料的天然气。RNG 由各种原料来源产生，如牲畜（如动物粪便）、垃圾填埋场、废水和其他来源。垃圾填埋场和废水作为原料不会产生负碳强度，但仍比柴油和传统天然气更具优势。
需要注意的是，这种机会不会在短期内消失。奶牛场、养鸡场、牛群、垃圾场、腐烂的草地、沼泽地等总会存在。所有这些都会分解并向大气排放甲烷，因此需要抓住这个机会，而 RNG 正是利用这个机会的绝佳方法。
去年，69% 用作汽车燃料的天然气来自可再生能源。这可能来自垃圾填埋气、废水、食物垃圾或农业废弃物产生的可再生天然气。
NACFE报告的主要发现与结论
报告在对美国商用车辆使用的天然气发动机进行研究并与车队和其他专家进行交流后，得出了以下主要结论：
1.关于天然气的商业案例，人们的看法和结果似乎存在很大差异。一些车队使用天然气燃料车辆节省了资金，而另一些车队仅出于可持续发展的考虑选择天然气燃料车辆。使天然气商业案例具有积极意义的一些关键因素包括充分利用加气站，同时使用中型和重型卡车，以及利用所有激励措施、
2.天然气发动机在环保方面有几个积极的方面。此外，从环保角度来看，与传统天然气相比，RNG 是更具吸引力的解决方案，可帮助车队、托运人和客户实现其企业ESG目标。
3.天然气存在环境问题。这些问题包括老化的管道和天然气基础设施以及过时的设备造成的甲烷泄漏。
4.可持续发展目标、法规和加州难题。天然气汽车的一氧化碳、氮氧化物和可吸入颗粒物排放优势使车队和托运人能够改善碳足迹，减少供应链和物流过程碳排放。天然气还有助于原始设备制造商和发动机制造商满足温室气体法规以及氮氧化物和可吸入颗粒物标准。然而，加利福尼亚州和其他州正在制定零排放ZEV要求，而天然气不符合要求。
5.新型15升康明斯X15N发动机似乎很有前途。过去，天然气发动机曾出现过可靠性和性能问题，但相信其中许多问题已经得到解决。康明斯X15N最新的大缸径天然气动力系统的功率和扭矩曲线与柴油几乎完全相同，这将帮助长途运输车辆提高经济性和环保性能。
6.天然气发动机后处理简单、可靠性高。天然气发动机不需要柴油机颗粒物捕集器DPF或选择性催化还原器SCR等排气后处理系统，从而消除了频繁停机、保修和维修。
7.天然气在美国非常丰富。问题是，对于特定的车队路线而言，天然气的可获得性如何？是否会有充足的 RNG 供应是一个问题。美国天然气汽车协会（NVGA）预计，在未来几年内，RNG 的使用量将大幅增加。鉴于康明斯 X15N 的推出（以及康明斯的预测），十年后重型应用中的天然气发动机可能会达到几十万台。
8.由于经济性和环境因素，在比较纯电动BEV和压缩天然气CNG 时需要考虑以下几点。改用天然气是一项长期决策。加气站或充电站等的资金投入需要5到10年以上的时间。从CO2的角度来看，地方一级必须考虑电网对化石燃料与可再生/核燃料的依赖性。当地对电网和压缩天然气容量的考虑也是一个因素。压缩天然气需要在维修车间安装通风设备、甲烷检测和警报器，这可能是一项昂贵的基础设施投资。
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