重型柴油发动机减排的最快途径

充分利用现有技术和替代燃料。

2022年8月12日

ClearFlame引擎技术

需要解决方案来减少每年48亿吨的二氧化碳排放₂)使用柴油的重型行业在全球范围内产生的排放。这些设备包括公路运输和非公路设备。虽然电气化有助于抑制轻型、中型和短程运输的尾气排放，但重型和非公路运输行业的大规模部署仍需要几十年的时间。这些行业现在需要脱碳的解决方案帮助实现全球气候目标。

所面临的挑战

柴油发动机对世界经济至关重要。然而，它们加剧了当地的空气污染，而化石燃料的燃烧是目前温室气体排放的最大原因来自人类活动．预测显示，即使有越来越多的替代品，到2035年，只有25%的新重型卡车将被评为零尾气排放。除非开发出其他替代能源，否则剩下的75%将依赖化石燃料．此外，市场上的重型汽车数量继续增加，预计2022年将生产近35.9万辆8类汽车。

柴油排放问题的规模和这些发动机的广泛应用已经在重载工业中寻找脱碳解决方案。一个经常被问到的问题是:我们要多快才能实现零排放?以这种方式提出问题会产生一个单一的、可接受的结果——只有完美的、零排放的解决方案才是值得实施的。

然而，如果现在所有的柴油排放都减少一半，该行业将有两倍的时间来寻找最快的零排放途径。也许一个更好的问题是:我们能多快减少排放?通过这种方式，油气行业可以优先考虑朝着完美未来的发展，而不需要考虑能够帮助行业更快实现目标的临时解决方案。更强硬的说法是，只专注于零尾气排放的解决方案会阻碍行业的进步，而且需要通过部署中期解决方案来实现目前显著的减排。

关键的考虑

在评估公路上和非公路应用的减排情况时，应考虑四个关键因素:

生命周期排放作为主要指标- - - - - -减少生命周期温室气体(GHG)排放对于降低导致气候变化的大气温室气体水平至关重要。不同的行为会向大气中添加或清除温室气体。然而，就像银行账户一样，这些活动的净效果会影响余额。为了说明这一点，虽然由净碳负燃料驱动的车辆可能不会产生零二氧化碳₂尾气排放，燃料的综合效应降低了大气中的温室气体水平。同样，由碳密集源充电的电池供电设备也会加剧气候变化，尽管它们的尾气排放为零。几十年来，领先的气候研究机构一直在使用这种生命周期框架。在评估替代技术的实际减排情况时，这是至关重要的。
减排的时间敏感性- - - - - -大气碳的金融类比也适用于减少温室气体的时间敏感性。与贷款延期一样，推迟减排需要加快行动，以便在2100年之前达到同样的气候影响(见图1)。全球排放已经达到了基本不可能实现所需减排速度的程度。如果该行业在2022年启动，那么到2024年，排放量需要减少14%。这相当于交通运输(公路、铁路、航空和海运)的总排放量。行动推迟的时间越长，利率就越高。图1。基于起始年份，与将升温限制在1.5摄氏度以下相关的减排轨迹。黑色实线表示历史排放量，虚线表示2018年排放量不变。碳短暂
空气质素考虑因素- - - - - -空气质量继续影响人类健康，特别是在严重拥挤的城市地区。长期以来，烟尘和氮氧化物等标准排放与哮喘、心脏病和其他呼吸道和心血管疾病的高发率有关。对于生活在柴油污染严重地区的儿童来说，减排的每一步都很重要。等待10到15年的解决方案是不可接受的。
总拥有成本-总拥有成本(TCO)是设备所有者的关键驱动因素，因为成本和性能对他们的业务至关重要。设备成本、操作和维护都是TCO计算的因素。在降低排放的同时，必须提供具有强制性TCO的解决方案，以使最终用户保持生产力和盈利。

脱碳液体燃料的好处

生命周期排放、时间敏感性和空气质量构成了排放挑战，替代解决方案既必要又及时。脱碳液体燃料可以发挥作用，为减少发动机排放提供了一条快速途径．其中包括一系列生物燃料和合成燃料，在重型应用中，这些燃料的规模化速度比电气化更快。它们将使减排速度更快。

使用100%可再生的植物燃料，如乙醇，是一些发动机改装技术的基础。一种解决方案可以使这些燃料轻松地集成到现有的柴油发动机平台上，取代肮脏的柴油燃料，提供一种快速扩展、低排放、低成本的解决方案。

图2。目前替代燃料的生产水平，以DGE为基础 ClearFlame引擎技术乙醇具有以下主要优势:

可伸缩性- uSing乙醇利用了现有的燃料分销基础设施。美国每年生产超过150亿加仑，使其成为最丰富的替代燃料来源(见图2)。
减少排放燃料就像乙醇可以显著地推动减排。哈佛大学和阿贡国家实验室的研究表明，美国乙醇的生命周期碳强度大约比柴油或汽油低45%。这也低于国家电网的平均用电量。
清洁燃烧能力- - - - - -小分子液体燃料，如乙醇或甲醇，燃烧非常清洁，即使在柴油发动机循环中，它们也会产生无煤烟排放，对空气质量有直接的好处。通过消除对柴油颗粒过滤器的需求，或者至少确保它永远不需要再生，还可以获得额外的好处。该解决方案提供商的工程师收集的发动机数据表明，发动机排放烟尘的水平低于美国环境保护署对道路尾气排放水平的规定(见图3)。图3。在使用E98乙醇燃料的柴油发动机上采集的发动机排出烟尘测量。 ClearFlame引擎技术
成本——一个与现有的柴油设备相比，成熟、规模化和分布式的脱碳液体燃料(如乙醇)可以降低终端用户的TCO。2021年，以柴油加仑当量(DGE)计算，乙醇的成本低于柴油。在目前的2022年环境下，每DGE成本降低2美元。如果使用乙醇等低成本燃料，而不是昂贵的柴油，这种燃料价格优势会显著影响设备的总成本。虽然许多解决方案要求客户支付更多的钱来“走向绿色”，但低成本液体燃料可以同时降低成本和排放。