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(lái)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(guò)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?shì)將變得更為復(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(wèn)題，那么即便如此，事情也并非那么簡(jiǎn)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(kāi)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(wèn)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(gòu)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(kāi)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(wú)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(méi)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(jiǎn)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(jiàn)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(lái)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(chǎng)。

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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)需進(jìn)行改裝。該公司表示，它確保其使用的 HVO 主要來(lái)自蔬菜廢物，完全不含棕櫚油。這種燃料的問(wèn)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(guó)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(guó)漢諾威和英國(guó)伯特利的工廠開(kāi)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(wú)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(kāi)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(méi)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(shì)。

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(zhǎng)官Tim Burnhope表示：“我們對(duì)76篇論文進(jìn)行了研究——這些論文來(lái)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(guò)的。”

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(guó)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(guò)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(shuō)，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(lái)保持觀望態(tài)度。他們可能會(huì)說(shuō)，沒(méi)有任何一種能源能夠取代建筑行業(yè)的柴油。

伯恩霍普說(shuō)：“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(wèn)題是燃燒過(guò)程可能壓力過(guò)大、溫度過(guò)高。燃料可能過(guò)于豐富。所以，結(jié)果可能會(huì)很糟糕。”

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(wèn)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(guó)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)。”

燃料電池堆

在最近在德國(guó)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(guó)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(lái)采取了觀望態(tài)度。他們自己可能會(huì)說(shuō)，沒(méi)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(lái)一段時(shí)間內(nèi)，承包商可能會(huì)對(duì)設(shè)備采購(gòu)感到焦慮。

合成燃料會(huì)是未來(lái)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(lái)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(wú)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(guò)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(wàn)升左右。預(yù)計(jì)到2026年，產(chǎn)量將增長(zhǎng)至每年5.5億升左右。

電池爭(zhēng)戰(zhàn)

全新的電池電機(jī)正在以驚人的速度進(jìn)入市場(chǎng)，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(kāi)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(wèn)題仍存在，在這個(gè)問(wèn)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(kāi)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(cè)試正在進(jìn)行中。我們幾乎可以肯定，在未來(lái)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(cè)試的硅等替代品有可能提高能量密度并加快充電速度。