浅谈内燃机车脱碳的潜在解决方案

电动车的发展大潮，掩盖了其他能够让全球数量庞大的内燃机车脱碳的潜在解决方案。

暂时不考虑汽车大规模电气化的前景及其中的各种挑战，请大家思考一下：如果多数内燃机汽车的车主不像汽车行业和监管机构所希望的那样转向使用电动汽车呢？此外，在到2050年实现净零排放并阻止全球变暖的过程中，需要多长时间才能改变现在的全球车辆保有量（预计超过10亿辆，多数为内燃机汽车），并大幅减少其温室气体排放？

以下是一些不可忽视的事实：行业分析师和动力总成工程师告诉SAE，尽管一些OEM宣布将在未来十年内完全停止销售内燃机汽车，但这种做法并不能解决汽车排放难题。在美国，传统汽车正在逐步老化。根据预测机构标普全球（S&P Global）的数据，目前道路上行驶的轻型汽车平均车龄为12.2年，比2002年的9.6年有所增加。而去年新售出的大约1500万辆燃油汽车和轻型卡车，由于其设计寿命较过往车辆更长，因此其平均使用寿命预计将超过20年，在此过程中，它们将多次易主。此外，会有上千辆汽车最终流向海外市场，并可能伴有气门导管磨损和排气后处理系统故障等问题。

即使是最乐观的电动车推广预测，也必须承认，到2035年及以后，全球市场还会新增数亿辆内燃机汽车，其中混动汽车的比例将逐步上升。政策制定者和非政府环保组织已经在对各种战略进行讨论，以在全球范围内削减规模庞大的内燃机汽车保有量。目前正在讨论的政策包括遥不可及的尾气排放法规、严苛的二氧化碳税、以旧换新的“旧车”报废计划和内燃机汽车使用费。

汽车创新联盟（Alliance for AutomotiveInnovation）在4月初的一份声明中发出警告，问题的根源不是能否实现电动车转型，“而是需要花多久实现”。这家汽车制造商贸易集团预计，美国国家环境保护局（EPA）将推出2027至2032年车辆排放法规，美国国家交通安全管理局（NHTSA）将推出新一批更积极的燃油经济性标准，以推动电动汽车转型。

“绿色”燃料

SAE会士 KellySenecal认为，尽管人们已经默认电动车是实现可持续无碳未来交通的毋庸置疑的方案，但它并不是唯一选择，也不一定是最佳发展路线。她在与Felix Leach合著的《奔向零碳：不为人知的绿色驾驶故事》（Racing Toward Zero: The UntoldStory of Driving Green，由SAE出版）一书中提到了这个观点。“万金油”技术并不存在，所有的推进技术，从内燃机汽车、混动汽车、纯电动汽车到燃料电池电动汽车，都会对环境产生影响。作者认为，鉴于汽油和柴油汽车的保有量依然可观，因此改进内燃机汽车及其燃料一定是“实现零排放目标的必经之路”。

在Senecal和Leach看来，未来的交通行业需要采用多方平衡的发展方向。这不是在内燃机汽车和电动车之间做出选择，而是需要将两者进行结合。他们认为，“未来的交通行业应该做到兼收并蓄”。利用两种技术的特点（包括低碳燃料）才能让交通行业尽快实现净零排放目标。

David Foster是威斯康星大学麦迪逊分校发动机研究中心的名誉教授，他是建议采用多种方法来减少二氧化碳排放的众多工程师之一。他说：“电动车是一种非常不错的最终解决方案，但有许多因素，包括矿产资源、采矿活动、充电基础设施、电池成本等，正在拖慢电动汽车的推广进度。这意味着传统的内燃机汽车将存在更长时间，从而加剧二氧化碳的排放。”

Foster说：“电动车很不错，但不是对所有事和人都很友好。”包括他在内的许多人支持“绿色燃料”的开发和部署，用来在全球范围内帮助传统车队在向电动汽车过渡的较长周期中减少碳排放足迹。可持续的“绿色燃料”包括合成燃料和所谓的e-fuels。这是一种使用可再生能源和/或生物质产生电力进行生产的液体或气体燃料，包括合成天然气（SNG）、绿色甲醇和绿色氢气等。绿色燃料在燃烧时就可以实现碳中和，并且只排放生产过程中吸收的二氧化碳。此外，所谓的“drop-in汽油”指的是包含了由来自于各种生物、热力和化学过程的生物质制成的燃料。

Foster指出：“如果我们仔细研究一下广义上的合成燃料的生产与使用，就会发现其值得能源产业大力发展的原因。因为合成燃料与现有发动机的兼容度越高，降低二氧化碳排放总量的进度就越快。”他说：“全世界的传统汽车数量庞大，对数百万汽车用户至关重要。”

Foster解释说，drop-in燃料解决方案可以选择在炼油厂内将燃料原料注入原油，或在炼油厂之后的工序中将具有足够兼容性的燃料原料当作混合剂注入成品油。他补充道：“这种做法能够降低燃料的碳强度，而且燃料也能够向下兼容。毕竟传统内燃机汽车还会存在很长一段时间，而电子燃料可以利用现有的基础设施。”

欧洲针对“绿色”燃料展开了许多行动。2022年12月，保时捷、西门子能源和其他合作伙伴在智利启动了第一家“绿色”燃料生产工厂。在北美，寻求逐步减少燃料和排放的传统车队客户，特别是来自商用车、发电和海事领域的客户，对这项技术的兴趣愈发浓厚。Foster说：“‘绿色’燃料技术的潜力在于逐步降低燃料的碳强度，其目标是制造出一种零碳燃料，一种类似甲醇的碳氢化合物，这需要从大气中获取碳（例如保时捷的e-fuel工艺）。如果将捕获到的碳反过来注入燃料中，那么该燃料就不会导致碳的碳增长。

只是一个“热门话题”

LMC Automotive全球动力总成主管Al Bedwell在最近的一篇博客文章中评论道：“e-fuels是一个热门话题，为正在经历变革的行业提供了一种从监管部门获得一些政策让步的折中方法。但今天的情况表明，欧洲轻型汽车行业的e-fuels只占据市场的一个非常小的角落，或者根本没有起步。”

成本是一个主要障碍。制造e-fuels需要可再生电力将氢分子从H2O中分离出来并与碳结合。目前规模下的工艺成本高昂且效率相对较低；根据BloombergNEF的数据，目前欧洲合成柴油的批发价格是传统柴油的七倍。LMC Automotive的Bedwell估计，即使生产规模增加，用于轻型汽车的零售e-fuels仍将比传统汽油贵约四倍。与此同时，电池技术却在不断进步，电动车的成本也在降低。

多元解决方案倡导者Foster在看待向纯电动车的过渡时仍然保持务实。他认为，随着来自全球电气化、经济、人类行为和地缘政治所带来的挑战变得明显，数亿辆“遗留汽车”应该成为脱碳以及寻求公平解决方案的重点。 

编辑：黄飞