替代燃料的新发展

作者：John Kendall    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 化石燃料储备资源的有限性成为汽车行业普遍关注的焦点，也推动着人们对替代燃料的不断追寻。两年前，市场对替代燃料的激情极其高昂，许多制造商在相关的内燃机技术方面进行了大量的投入。美国和欧洲政府，还有其他一些政府，都计划为生物燃料的应用设定发展目标。 虽然最近市场的关注重点在纯电动力系统方面，但是内燃机的能源密度和能效依然具有一定的优势，因此人们还无法完全放弃这种技术。在过去两年中，汽车行业经历了太多的变化，替代燃料对该行业来说其可行性究竟有多高？ 替代燃料法规 欧洲和美国的立法机构针对生物燃料在汽车市场上的应用对之前的法规进行了修改。美国“可再生燃料标准计划（RFS）”原先提出到2012年生物燃料作为整个能源结构的一部分其产量要达到75亿加仑。2010年3月，修改方案最终确定，计划于2010年7月1日执行。修改后的法规称为RFS2，规定到2022年生物燃料的产量至少要达到360亿加仑。新的法规明确定义了生物燃料类别并规定了年生产总量。这些生物燃料包括生物质基生物燃料、纤维素生物燃料（采用木质纤维素如木屑、草和树木段等作为原料）以及高级生物燃料。 目前，这些生物燃料只有美国可再生燃料要求总量很小的一部分，但是这个比例会不断增长。到2022年，该比例会达到58.3%，其中生物质基生物燃料在360亿加仑总量中将占到10亿加仑，纤维素生物燃料将达到160亿。这意味着生物质基生物燃料的比例会从2010年的5%下降到2022年的2.8%。相对来说，纤维素生物燃料的比例将从2012年占可再生能源总量的2.8%增加到2022年的44.4%。 在欧洲，道路交通燃料中可再生燃料占有量在“可再生能源指令”中有详细规定。该指令最初规定到2010/11年交通燃料中可再生燃料的比例要达到5.75%。2008年，欧盟规定到2020年交通行业中可再生燃料所占的比例将提升到10%，同时规定到2020年整个欧盟能源产量的20%需要采用可再生原料进行生产。2020年将实现的交通行业中10%可再生燃料目标中包含电动车和火车。这项法规制定的目的是要减少采用农作物作为原料生产的可再生燃料的比例。 Ricardo采取行动 在看到生物乙醇的发展潜能，及美国在该燃料生产方面所处的领先地位，Ricardo公司在不久前举行的华盛顿汽车展上宣布了一项乙醇发动机的开发项目。Ricardo公司将与美国一家推广生物乙醇开发的公司——Growth Energy展开合作，并计划推出两辆采用该公司以乙醇为燃料的直喷（EBDI）发动机驱动的展示车辆。 这款3.2L V6 EBDI 弹性燃料（flex-fuel）发动机改装自GMC Sierra3500皮卡车型采用的量产型V6汽油发动机——分别为6.0L V8汽油发动机及6.6L柴油发动机。Ricardo和Growth Energy公司计划通过一款经过特别优化了的乙醇发动机来展示。该发动机尺寸缩小了将近50%，即使对于一辆整备质量达到6000磅（2722千克）的车辆来说，在完全不影响性能的情况下可以将车辆燃油经济性提高30%之多。 Ricardo表示这项技术可以克服许多弹性燃料发动机存在的缺点— —之前此类发动机都是为汽油燃料设计的。据介绍，EBDI充分利用了乙醇高辛烷值特性及潜在的蒸发热量，燃油效率接近柴油发动机的水平，但是成本要低很多。此外，EBDI还可以采用任何从普通汽油到E85乙醇/汽油等各种形式的乙醇混合燃料。 EBDI可以做到这一点，主要采用了一系列新的增压技术、燃烧控制及燃料供给方案，尽可能地使有效压缩比和缸内环境接近最优的燃油效率和性能所需的水平。Ricardo表示采用该动力系统的车辆不必为满足目前或未来的排放标准而采用复杂的尾气后处理系统。 此外，Ricardo公司最近还建立了一个联盟，旨在评估生物燃料对目前和未来轻型车辆技术造成的影响，并在积极邀请汽车制造商、一级供应商、石油公司、添加剂制造商以及政府部门的参与。该联盟计划研究的领域包括各种生物柴油原料的不同化学成分，以及混合燃料中生物燃料的较高浓度会对燃油系统、燃烧、燃油的稀释以及后处理带来怎样的影响。 从废物到燃料 英国Gasrec公司利用垃圾填埋场产生的沼气来生产液态生物甲烷。虽然该公司目前仅仅将燃料供应给商用车客户，但是它认为甲烷作为一种潜在充足的燃料可以广泛应用于整个汽车行业。 “我们的生产设施未必局限于填埋气的处理，”Gasrec公司开发经理DougLeaf告诉我们。“这些设施其实就是一个气体净化厂，完全可以用来净化通过其他形式获取的生物气。我们选择了最脏的气体，也就是填埋气，来开始我们的业务。一般来说，填埋气中45~50%为甲烷，约35%为二氧化碳，此外是含量比较少的一些气体，比如氧气和氮气。有些气体是惰性的，而有些如硫化氢则有潜在的危险性。每一种独特的多余气体都有专门的净化脱除工艺。” Gasrec公司表示净化后的生物甲烷包含98%的甲烷和2%的氮气。此外为了运输方面，气体以液态形式出厂，因为目前还无法将气态生物甲烷输入到英国天然气管道系统中（不过在其他一些国家是可以的）。 未来，Gasrec公司看到了一些发展中国家中的巨大发展机会，比如中国。在这些国家有许多垃圾填埋场，面积甚至有一个小镇那么大。Leaf还指出，这些国家不会对填埋气做任何处置，最好的处理方式就是烧掉。“另一方面，”他接着说，“这些国家也正是我们选择要进入的市场。我们会在那里继续开展我们的业务，并与天然气汽车市场一同发展。” 生物甲烷未来的市场会怎样？据Leaf 表示，研究显示如果所有的资源都得到利用的话，整个英国生产的生物甲烷可以占目前天然气消费总量的50%。Gasrec公司目前每小时可以产约2200m3甲烷，足够维持500辆轻型车全年全天候地行驶。“我们知道一家法国废弃物管理公司每小时要在其填埋场燃烧掉250,000 m3气体，”Leaf说。“这只是一个机会。其他如中国和印度等国家的发展机会更诱人。” 未来的种子 梅赛德斯-奔驰公司正在生产天然气生物燃料汽车，其母公司戴姆勒也在积极推进一系列替代燃料项目。其中包括成立一个合资公司，主要业务是在德国建立一个加气站网络，主要服务于燃料电池车辆。此外，戴姆勒还针对通过麻风树（Jatropha）提取生物柴油的方式进行相关的研发工作。在这方面，戴姆勒与农作物加工商Archer Daniel Midlands及Bayer Crop Science公司展开了合作，研究通过麻风树种子提取燃油的可行性，希望最终制定这种燃油的生产及质量标准。 英国石油公司BP三年前斥资3200万英镑与英国生物燃料公司D1 Oils建立了一家合资公司，希望开发通过麻风树提取生物燃油的潜力。麻风树是一种源自中美的灌木类植物，滋生于印度、非洲、中国及其他亚洲国家。这种植物提取出来的燃料类似于油菜籽油，其果实含有的油份超过30%。麻风树非常耐寒，可以生长在相对贫瘠的土地上，无需太多的肥料，因此可以种植于一些农作物无法生长的土地上。 麻风树果实有毒，四颗果实含有的毒素足够可以杀死一个人。树皮汁液会刺激皮肤，因此这种植物需要小心对待。麻风树寿命大概在30到40年，种植几个季节后开始结果。BP公司最近在印度南部Tami Nadu种植了面积为250英亩的麻风树，以推进研究项目的进一步进行。 福特的弹性燃料发动机 福特公司多年来一直在生产弹性燃料甲烷/汽油混合驱动的发动机，但是在一些市场上由于基础设计建设比较落后，因此在这些市场上的发展较缓慢。不过美国和南非却是例外，因为在这两个市场生物甲烷产量居全球领先水平。福特欧洲研究与先进工程业务对外事务及传播负责人Monika Wagener 说道：“我们会根据不同市场的具体条件来提供LPG（液化石油气）和CNG（压缩天然气）车型。比如说意大利市场一直在从LPG向 CNG转变。” 福特欧洲研究与先进工程业务环境科学经理Heinz Hass博士认为，这种转变可能是由消费者利益和税收体制的改变，以及缓慢的基础设施建设等因素导致的。 许多替代燃料依然处于前期的开发阶段。 “那些所谓的非常有发展前景的替代能源——有时也被称作第二代或第三代燃料——可以大大降低二氧化碳的排放，但是生产规模还达不到原油提炼的程度，”Hass说。“从液态燃料上面来说，我们还有许多机会和选择。在整个欧洲，我们需要严格的标准来指导我们对此类发动机的内部开发工作。当然，标准的制定也需要时间。” 关于混合燃料 关于替代燃料，“应该将低混合和高混合燃料分开进行讨论，事实上它们之间没有太大的区别，”沃尔沃汽车环境总监Anders Kärrberg表示。 “看一下高混合燃料，我们现在将E85作为主要的替代燃料。我们以欧V以上的排放标准为依据来检测发动机的排放性能，以及冷启动能力和排放情况，尤其是冷启动情况下碳氢化合物的排放。我们发现这也是一个不小的挑战。我们还对采用氢化植物油生产的可再生合成柴油感兴趣。这种燃料在法规方面表现出了非常好的排放性能，在二氧化碳排放方面也非常好。性能大概可以提升5%。对其他动力系检测标准也有非常好的表现，因此这是一种很有趣的高混合燃料。问题就是在于原料的类型和消费者可以承担的价格。” 此外，目前这种燃料的唯一原料是棕榈油，这可能会带来供给持续性的问题。Kärrberg博士还认为，通过水藻提取的生物柴油具有很好的发展前景，但是目前还处于前期研发阶段。 对于低混合燃料，Kärrberg认为B7生物柴油是一种具有长久发展前景的选择，而B10则不是。“这是我们非常反对的一种燃料，因为我们看到它给动力系带来的问题，比如积碳、燃油的低粘度，此外在排放颗粒方面也会存在问题。我们会选择高乙醇含量的混合燃料发展方向，因为从技术方面看这更容易解决排放的问题。”(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/20/2010)