用于重型卡车运输的高效灵活燃料发动机的好处

加州空气资源委员会已通过一项法规，要求卡车和发动机制造商从2027年开始将新型重型卡车的氮氧化物(NOx)排放量减少90%。重型卡车的NOx是主要的排放量之一。空气污染的来源，产生烟雾并威胁呼吸系统健康。该法规要求加州进行十多年来最大的空气污染削减。制造商如何才能高效且经济地实现这一积极目标?

麻省理工学院能源计划的研究科学家DanielCohn和麻省理工学院等离子体科学与聚变中心的首席研究科学家LeslieBromberg一直致力于开发一种更清洁、更具成本效益的高效汽油乙醇发动机与现有的柴油发动机技术相比。在这里，科恩解释了灵活燃料发动机方法以及为什么它可能是近期内最现实的解决方案，以帮助加州实现其严格的车辆减排目标。该研究由ArthurSamberg麻省理工学院能源创新基金赞助。

问：你们的高效、灵活燃料汽油发动机技术如何运作?

答：我们的目标是为重型车辆(HDV)发动机提供一种经济实惠的解决方案，以排放低水平的氮氧化物(NOx)排放物，符合加利福尼亚州的NOx法规，同时还可以快速启动汽油消耗量减少HDV车队的很大一部分。

目前，大型卡车和其他重型车辆普遍使用柴油发动机。主要原因是它们的效率高，可降低燃料成本——这是商用卡车(尤其是长途卡车)的关键因素，因为行驶里程数很大。然而，这些柴油动力车辆的NOx排放量是由汽油或乙醇驱动的火花点火发动机的排放量的10倍左右。

火花点火式汽油发动机在轿车和轻型卡车(轻型车辆)，其采用三元催化剂的废气处理系统(通常被称为催化转化器)，以降低车辆NO主要用于X排放量的至少98%的并且成本适中。火花点火发动机能够在化学计量的空气/燃料比(空气量与燃料完全燃烧所需的空气量相匹配)下运行，从而能够使用这种高效的废气处理系统。

柴油发动机不以化学计量的空气/燃料比运行，这使得减少NOx排放变得更加困难。其状态的最先进的排气处理系统比催化转换器更加复杂和昂贵的，甚至与它，车辆产生NOX比火花点火式发动机的车辆更高的排放大约10倍。因此，这是非常具有挑战性的柴油发动机，以进一步降低其NOX排放量，以满足新的法规加州。

我们的方法使用火花点火发动机，可以由汽油、乙醇或汽油和乙醇的混合物提供动力，作为HDV中柴油发动机的替代品。汽油具有广泛使用的吸引人的特征，并且其成本与柴油燃料相当或更低。此外，目前可用的乙醇产生的温室气体(GHG)排放量比柴油或汽油少40%，并且拥有广泛可用的分配系统。

为了使汽油和/或乙醇驱动的火花点火发动机HDV对广泛的HDV应用具有吸引力，我们开发了使火花点火发动机更高效的方法，因此它们的燃料成本更适合重型卡车车主。我们的方法通过使用各种方法来防止火花点火汽油发动机中的发动机爆震(可能损坏发动机的意外自燃)，从而为汽油发动机提供类似柴油的高效率和高功率。这可以实现更高水平的涡轮增压和使用更高的发动机压缩比。这些特点提供了高效率，可与柴油发动机相媲美。此外，当发动机由乙醇提供动力时，所需的抗爆性由燃料本身固有的高抗爆性提供。

问：在加利福尼亚实施您的技术的主要挑战是什么?

答：加利福尼亚州一直是空气污染物控制的先驱，华盛顿、俄勒冈和纽约等州经常效仿。作为人口最多的州，加利福尼亚有很大的影响力——它是潮流的引领者。加利福尼亚州发生的事情对其他地区产生了影响。

实施我们的技术面临的主要挑战是不是需要一个更好的内燃机技术，因为电池供电的重型车，尤其是长途车，可以减少不玩所需的角色的争论X和温室气体排放量到2035年。我们认为电池电动汽车(BEV)在该汽车领域的大量市场渗透将需要相当长的时间。与轻型车辆相比，电池动力很少进入HDV车队，尤其是长途卡车，这是柴油燃料的最大用户。造成这种情况的一个原因是，使用电池供电的长途卡车面临着由于电池重量大而导致载货能力下降的挑战。另一个挑战是与大多数现有HDV相比，BEV的充电时间要长得多。

使用燃料电池的氢动力卡车也被提议作为BEV卡车的替代品，这可能会限制采用改进内燃机的兴趣。然而，氢动力卡车面临着以可承受的成本生产零温室气体氢气以及氢气储存和运输成本的艰巨挑战。目前燃料电池所需的高纯度氢气通常非常昂贵。

问：您的想法与电池驱动的和氢驱动的HDV相比如何?您将如何说服人们相信这是一条有吸引力的途径?

A.我们的设计使用现有的推进系统，可以使用现有的液体燃料，因此，在短期内，它对长途卡车运营商具有经济吸引力。事实上，它甚至可以成为比柴油动力成本更低的选择，因为在相同功率和扭矩的情况下，废气处理成本显着降低，发动机尺寸更小。这种经济吸引力可以实现对减少空气污染产生重大影响所需的大规模市场渗透。或者，我们认为纯电动汽车或氢动力汽车至少需要20年才能获得相同的市场渗透率。

我们的方法还使用现有的玉米乙醇，与电池或氢动力长途卡车相比，它可以提供更大的近期温室气体减排效益。虽然最初使用现有乙醇可减少20%至40%的温室气体排放量，但近期市场渗透的规模可能远大于纯电动汽车或氢动力汽车技术。减少温室气体的总体影响可能要大得多。

此外，我们看到了2030年以后的迁移路径，通过碳捕获和封存乙醇生产过程中产生的二氧化碳(CO2)，可以进一步减少玉米乙醇的温室气体排放。在这种情况下，总CO2减少可能达到80%或更多。以极具吸引力的成本从废物中生产乙醇(和甲醇，另一种酒精燃料)的技术正在出现，并且可以提供零或负温室气体排放的燃料。提供负面温室气体影响的一种途径是寻找垃圾填埋的替代方法，因为这种方法会导致强大的甲烷温室气体排放。通过将生物质废物转化为清洁燃料也可以获得负面的温室气体影响，因为生物质废物可以是碳中性的，并且可以捕获和隔离清洁燃料生产中产生的CO2。

此外，我们的灵活燃料发动机技术可协同用作插电式混合动力HDV的增程器，这些HDV使用有限的电池容量，并避免单独由电池供电的长途卡车的载货能力降低和燃料不足。

随着空气污染和全球变暖的威胁越来越大，我们的HDV解决方案是近期减少空气污染的一个越来越重要的选择，并为减少重型车队温室气体排放提供了更快的开始。它还为HDV行业更长期、更大规模的温室气体减排提供了一条有吸引力的迁移路径。

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