作者：MIT

重型卡車，如將世界上許多商品從農(nóng)場(chǎng)或工廠運(yùn)輸?shù)绞袌?chǎng)的18輪卡車，實(shí)際上全部由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它們占全球溫室氣體排放量的很大一部分，但迄今為止還沒有采取什么有效措施來遏制它們導(dǎo)致氣候變化的排放。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種新的方法來給這些卡車提供動(dòng)力，這種方法可以徹底控制污染，提高效率，減少甚至消除它們的凈溫室氣體排放。

這個(gè)概念涉及到使用一個(gè)插入式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，卡車主要由電池供電，但使用的是火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)（而不是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。這種發(fā)動(dòng)機(jī)可以使卡車方便地行駛與現(xiàn)在的傳統(tǒng)柴油卡車相同的距離，它將是一種彈性燃料模型，可以使用純汽油、純酒精或這些燃料的混合物。

研究人員說，雖然最終的目標(biāo)是完全用電池為卡車提供動(dòng)力，但選擇這種靈活的混合燃料為此類卡車提供動(dòng)力的一種方式，能夠克服對(duì)有限的行駛里程、成本或過度使用電池重量以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的行駛里程的擔(dān)憂，從而早日進(jìn)入市場(chǎng)。

這一新概念是由麻省理工學(xué)院能源倡議和等離子體融合與科學(xué)研究中心的科學(xué)家丹尼爾·科恩和首席研究工程師萊斯利·布羅姆伯格（LeslieBromberg）提出的，他們于4月11日在美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）國際年會(huì)上介紹這一概念。

科恩說：“多年來，我們一直在努力使汽車和卡車的發(fā)動(dòng)機(jī)更清潔、更高效，我們對(duì)火花點(diǎn)火（與柴油機(jī)使用的壓燃式點(diǎn)火相比）的使用特別感興趣，因?yàn)樗举|(zhì)上更清潔?！迸c柴油機(jī)車輛相比，汽油動(dòng)力車輛只產(chǎn)生十分之一的氮氧化物（NOX）污染，這是空氣污染的主要組成部分。

此外，科恩和布羅姆伯格說，通過使用可在汽油、乙醇、甲醇或它們的混合物上運(yùn)行的彈性燃料配置，這種發(fā)動(dòng)機(jī)比純汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的溫室氣體可能要少得多，而且燃料靈活性的增量成本非常小。如果使用純甲醇或來自可再生資源（如農(nóng)業(yè)廢物或城市垃圾）的乙醇，溫室氣體凈排放量甚至可能為零?？贫髡f，這是一種利用低溫室氣體燃料的方式，當(dāng)它可用時(shí)，也可以選擇只用汽油來運(yùn)行它，以確保最大的靈活性。

“雖然特斯拉汽車公司宣布將生產(chǎn)全電動(dòng)重型卡車，但是我們認(rèn)為這將是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)殡姵氐某杀竞椭亓啃枰峁┳銐虻姆秶＿@是有效載荷的一個(gè)重要部分?！笨贫骱筒剂_姆伯格估計(jì)，為了滿足傳統(tǒng)柴油卡車的預(yù)期行駛里程，一輛卡車需要攜帶10到15噸的電池。

“為了解決這個(gè)問題，我們認(rèn)為在這些汽車中使用電力的方法是使用插入式混合動(dòng)力。”他說。他們提出的這種混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)是兩位研究人員多年來一直致力于開發(fā)的一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有高效、靈活的燃料汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，重量輕，燃油效率高，產(chǎn)生的空氣污染僅僅只是當(dāng)今最好的柴油動(dòng)力汽車的十分之一。

科恩和布羅姆伯格對(duì)開發(fā)這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足現(xiàn)有卡車運(yùn)營(yíng)商的需求所需的工程和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。他們發(fā)現(xiàn)，為了與柴油機(jī)的效率相匹配，可以使用酒精與汽油甚至純酒精的混合物，這些都可以通過可再生能源加工處理。對(duì)一系列理想發(fā)動(dòng)機(jī)特性進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算機(jī)建模，結(jié)合使用人工智能系統(tǒng)篩選結(jié)果，得出了最有希望的途徑的明確指示，并表明這種替代在實(shí)際和經(jīng)濟(jì)上是可行的。

在目前的柴油機(jī)和擬議的柔性燃料車輛中，排放量都是在排氣尾管處測(cè)量的，在兩種情況下，各種排放控制系統(tǒng)都完成了各自的工作，因此得到的是比較真實(shí)排放量數(shù)據(jù)?？贫髡f，混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和柔性燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合是“一種將電力驅(qū)動(dòng)引入重型卡車領(lǐng)域的方法，使其能夠滿足范圍和成本要求，并以清潔的方式進(jìn)行?！?/p>

布羅姆伯格說，多年來，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)變得更加高效和清潔，柴油的相對(duì)成本也上升了，因此導(dǎo)致重型卡車幾乎普遍采用柴油機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)不再盛行。”隨著時(shí)間的推移，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的效率越來越高，而且它們?cè)跍p少空氣污染方面具有固有的優(yōu)勢(shì)，”他說。通過在混合動(dòng)力系統(tǒng)中使用發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以始終以最佳速度運(yùn)行，從而最大限度地提高效率。

甲烷是一種極強(qiáng)的溫室氣體，因此，如果通過一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)過程將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，就能將甲烷轉(zhuǎn)化為有用的燃料，“這是制造清潔燃料最有吸引力的方法之一，”Bromberg說。我認(rèn)為酒精燃料總的來說有很多希望?！?/p>

他指出，加利福尼亞州已經(jīng)計(jì)劃出臺(tái)新的卡車排放法規(guī)，這些法規(guī)很難與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛相適應(yīng)。”科恩說：“我們認(rèn)為卡車運(yùn)輸公司使用汽油或彈性燃料是有充分理由的。發(fā)動(dòng)機(jī)更便宜，排氣處理系統(tǒng)更便宜，這是一種確保它們能夠滿足預(yù)期法規(guī)的方法。再加上混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電力推進(jìn)系統(tǒng)，再加上更加清潔的電網(wǎng)，可以進(jìn)一步減少卡車運(yùn)輸部門的排放和污染?！?/p>

純電力推進(jìn)卡車是最終的目標(biāo)，但今天的電池還沒有使這成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇，科恩說：“電池是偉大的，但讓我們現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)，他們可以提供什么?！?/p>

他們說，他們提出的組合可以同時(shí)解決兩個(gè)主要挑戰(zhàn)?！拔覀儾恢滥囊粋€(gè)會(huì)更強(qiáng)大，減少溫室氣體的愿望，或者減少空氣污染的愿望。在美國，氣候變化可能是更大的推動(dòng)力，而在印度和中國，空氣污染可能更為緊迫，但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)這兩個(gè)挑戰(zhàn)都有價(jià)值，”科恩說。

這項(xiàng)研究得到了麻省理工學(xué)院阿瑟·桑伯格能源創(chuàng)新基金的支持。