淺談內(nèi)燃機(jī)車脫碳的潛在解決方案

電動(dòng)車的發(fā)展大潮，掩蓋了其他能夠讓全球數(shù)量龐大的內(nèi)燃機(jī)車脫碳的潛在解決方案。

暫時(shí)不考慮汽車大規(guī)模電氣化的前景及其中的各種挑戰(zhàn)，請(qǐng)大家思考一下：如果多數(shù)內(nèi)燃機(jī)汽車的車主不像汽車行業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)所希望的那樣轉(zhuǎn)向使用電動(dòng)汽車呢？此外，在到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放并阻止全球變暖的過程中，需要多長時(shí)間才能改變現(xiàn)在的全球車輛保有量（預(yù)計(jì)超過10億輛，多數(shù)為內(nèi)燃機(jī)汽車），并大幅減少其溫室氣體排放？

以下是一些不可忽視的事實(shí)：行業(yè)分析師和動(dòng)力總成工程師告訴SAE，盡管一些OEM宣布將在未來十年內(nèi)完全停止銷售內(nèi)燃機(jī)汽車，但這種做法并不能解決汽車排放難題。在美國，傳統(tǒng)汽車正在逐步老化。根據(jù)預(yù)測機(jī)構(gòu)標(biāo)普全球（S&P Global）的數(shù)據(jù)，目前道路上行駛的輕型汽車平均車齡為12.2年，比2002年的9.6年有所增加。而去年新售出的大約1500萬輛燃油汽車和輕型卡車，由于其設(shè)計(jì)壽命較過往車輛更長，因此其平均使用壽命預(yù)計(jì)將超過20年，在此過程中，它們將多次易主。此外，會(huì)有上千輛汽車最終流向海外市場，并可能伴有氣門導(dǎo)管磨損和排氣后處理系統(tǒng)故障等問題。

即使是最樂觀的電動(dòng)車推廣預(yù)測，也必須承認(rèn)，到2035年及以后，全球市場還會(huì)新增數(shù)億輛內(nèi)燃機(jī)汽車，其中混動(dòng)汽車的比例將逐步上升。政策制定者和非政府環(huán)保組織已經(jīng)在對(duì)各種戰(zhàn)略進(jìn)行討論，以在全球范圍內(nèi)削減規(guī)模龐大的內(nèi)燃機(jī)汽車保有量。目前正在討論的政策包括遙不可及的尾氣排放法規(guī)、嚴(yán)苛的二氧化碳稅、以舊換新的“舊車”報(bào)廢計(jì)劃和內(nèi)燃機(jī)汽車使用費(fèi)。

汽車創(chuàng)新聯(lián)盟（Alliance for AutomotiveInnovation）在4月初的一份聲明中發(fā)出警告，問題的根源不是能否實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車轉(zhuǎn)型，“而是需要花多久實(shí)現(xiàn)”。這家汽車制造商貿(mào)易集團(tuán)預(yù)計(jì)，美國國家環(huán)境保護(hù)局（EPA）將推出2027至2032年車輛排放法規(guī)，美國國家交通安全管理局（NHTSA）將推出新一批更積極的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，以推動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型。

“綠色”燃料

SAE會(huì)士 KellySenecal認(rèn)為，盡管人們已經(jīng)默認(rèn)電動(dòng)車是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)無碳未來交通的毋庸置疑的方案，但它并不是唯一選擇，也不一定是最佳發(fā)展路線。她在與Felix Leach合著的《奔向零碳：不為人知的綠色駕駛故事》（Racing Toward Zero: The UntoldStory of Driving Green，由SAE出版）一書中提到了這個(gè)觀點(diǎn)?！叭f金油”技術(shù)并不存在，所有的推進(jìn)技術(shù)，從內(nèi)燃機(jī)汽車、混動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車到燃料電池電動(dòng)汽車，都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。作者認(rèn)為，鑒于汽油和柴油汽車的保有量依然可觀，因此改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)汽車及其燃料一定是“實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)的必經(jīng)之路”。

在Senecal和Leach看來，未來的交通行業(yè)需要采用多方平衡的發(fā)展方向。這不是在內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)車之間做出選擇，而是需要將兩者進(jìn)行結(jié)合。他們認(rèn)為，“未來的交通行業(yè)應(yīng)該做到兼收并蓄”。利用兩種技術(shù)的特點(diǎn)（包括低碳燃料）才能讓交通行業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。

David Foster是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校發(fā)動(dòng)機(jī)研究中心的名譽(yù)教授，他是建議采用多種方法來減少二氧化碳排放的眾多工程師之一。他說：“電動(dòng)車是一種非常不錯(cuò)的最終解決方案，但有許多因素，包括礦產(chǎn)資源、采礦活動(dòng)、充電基礎(chǔ)設(shè)施、電池成本等，正在拖慢電動(dòng)汽車的推廣進(jìn)度。這意味著傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車將存在更長時(shí)間，從而加劇二氧化碳的排放?！?/p>

Foster說：“電動(dòng)車很不錯(cuò)，但不是對(duì)所有事和人都很友好?！卑ㄋ趦?nèi)的許多人支持“綠色燃料”的開發(fā)和部署，用來在全球范圍內(nèi)幫助傳統(tǒng)車隊(duì)在向電動(dòng)汽車過渡的較長周期中減少碳排放足跡?？沙掷m(xù)的“綠色燃料”包括合成燃料和所謂的e-fuels。這是一種使用可再生能源和/或生物質(zhì)產(chǎn)生電力進(jìn)行生產(chǎn)的液體或氣體燃料，包括合成天然氣（SNG）、綠色甲醇和綠色氫氣等。綠色燃料在燃燒時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)碳中和，并且只排放生產(chǎn)過程中吸收的二氧化碳。此外，所謂的“drop-in汽油”指的是包含了由來自于各種生物、熱力和化學(xué)過程的生物質(zhì)制成的燃料。

Foster指出：“如果我們仔細(xì)研究一下廣義上的合成燃料的生產(chǎn)與使用，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其值得能源產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的原因。因?yàn)楹铣扇剂吓c現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的兼容度越高，降低二氧化碳排放總量的進(jìn)度就越快?！彼f：“全世界的傳統(tǒng)汽車數(shù)量龐大，對(duì)數(shù)百萬汽車用戶至關(guān)重要?！?/p>

Foster解釋說，drop-in燃料解決方案可以選擇在煉油廠內(nèi)將燃料原料注入原油，或在煉油廠之后的工序中將具有足夠兼容性的燃料原料當(dāng)作混合劑注入成品油。他補(bǔ)充道：“這種做法能夠降低燃料的碳強(qiáng)度，而且燃料也能夠向下兼容。畢竟傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車還會(huì)存在很長一段時(shí)間，而電子燃料可以利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

歐洲針對(duì)“綠色”燃料展開了許多行動(dòng)。2022年12月，保時(shí)捷、西門子能源和其他合作伙伴在智利啟動(dòng)了第一家“綠色”燃料生產(chǎn)工廠。在北美，尋求逐步減少燃料和排放的傳統(tǒng)車隊(duì)客戶，特別是來自商用車、發(fā)電和海事領(lǐng)域的客戶，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興趣愈發(fā)濃厚。Foster說：“‘綠色’燃料技術(shù)的潛力在于逐步降低燃料的碳強(qiáng)度，其目標(biāo)是制造出一種零碳燃料，一種類似甲醇的碳?xì)浠衔?，這需要從大氣中獲取碳（例如保時(shí)捷的e-fuel工藝）。如果將捕獲到的碳反過來注入燃料中，那么該燃料就不會(huì)導(dǎo)致碳的碳增長。

只是一個(gè)“熱門話題”

LMC Automotive全球動(dòng)力總成主管Al Bedwell在最近的一篇博客文章中評(píng)論道：“e-fuels是一個(gè)熱門話題，為正在經(jīng)歷變革的行業(yè)提供了一種從監(jiān)管部門獲得一些政策讓步的折中方法。但今天的情況表明，歐洲輕型汽車行業(yè)的e-fuels只占據(jù)市場的一個(gè)非常小的角落，或者根本沒有起步。”

成本是一個(gè)主要障礙。制造e-fuels需要可再生電力將氫分子從H2O中分離出來并與碳結(jié)合。目前規(guī)模下的工藝成本高昂且效率相對(duì)較低；根據(jù)BloombergNEF的數(shù)據(jù)，目前歐洲合成柴油的批發(fā)價(jià)格是傳統(tǒng)柴油的七倍。LMC Automotive的Bedwell估計(jì)，即使生產(chǎn)規(guī)模增加，用于輕型汽車的零售e-fuels仍將比傳統(tǒng)汽油貴約四倍。與此同時(shí)，電池技術(shù)卻在不斷進(jìn)步，電動(dòng)車的成本也在降低。

多元解決方案倡導(dǎo)者Foster在看待向純電動(dòng)車的過渡時(shí)仍然保持務(wù)實(shí)。他認(rèn)為，隨著來自全球電氣化、經(jīng)濟(jì)、人類行為和地緣政治所帶來的挑戰(zhàn)變得明顯，數(shù)億輛“遺留汽車”應(yīng)該成為脫碳以及尋求公平解決方案的重點(diǎn)。?

編輯：黃飛

?