Дорога к нулевым выбросам

Годы попыток изменить поведение вождения и покупок заставили регулирующих органов понять, что единственный способ атаковать проблему чистого воздуха - это технология.

Нулевыми выбросами от транспортных средств была мантра, которую проповедуют регулирующие органы и экологи, как единственная надежда на выкапывание из проблем чистого воздуха в стране. Тем не менее, для автопроизводителей это был символ чрезмерного регулирования, заставляя их продавать транспортные средства, которые, по их утверждению, слишком дороги и не обеспечивают характеристик, требуемых общественностью автомобильной промышленности.

В дебатах о транспортных средствах с нулевой эмиссией природоохранники указывают на опросы, демонстрирующие общественное стремление к чистому воздуху. Однако, с точки зрения фактических закупок и правил вождения, владельцы автомобилей продемонстрировали, что любовь американцев к автомобилям еще не закончена, и что жертвы, которые владельцы автомобилей готовы сделать для чистого воздуха, крайне ограничены. Американцы хотят иметь свой торт и съесть его тоже. Правительственные программы поощрения объединения автомобилей, инспекции выбросов и массового транспорта имели ограниченный успех в крупных городах.

Это ставит проблему чистого воздуха в стране прямо на пороге производителей автомобилей. До сих пор их рекорд был поразительным, значительно снижая выбросы от автомобилей. Однако эти выгоды, по-видимому, подпитывают требования регулятора к снижению выбросов, подталкивая автомобильные компании к сокращению дополнительных сокращений до нуля.

Десять процентов к 2003 году?

Основной толчок к нулевым выбросам исходит от Калифорнии, которая, пока Хьюстон не вышла на первое место в 2000 году, имела самый загрязненный город в стране, Лос-Анджелес. Ранее в 90-х годах Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB), группа, созданная для нападения на обширные проблемы чистого воздуха в государстве, приняла строгий мандат на транспортные средства с нулевым уровнем выбросов. Мандат заставил автомобильные компании производить 10 процентов своего парка с нулевыми эмиссионными транспортными средствами (ZEV) к 2003 году. Кроме того, автомобильные компании должны были иметь два процента своих флотов с электрическим питанием в 1998 году и пять процентов к 2002 году. CARB знал, что он стреляет высоко , но он согласился следить за ходом технологии и, при необходимости, изменять требования.

Фактически, оценка CARB, проведенная в 1996 году, признала, что технология аккумуляторных батарей и проблемы с расходами не позволят компаниям-производителям выполнить требуемый график развертывания. С ограниченным диапазоном вождения и высокими расходами на батарею маловероятно, что автомобилисты собираются собираться в автосалоны для электромобилей. CARB решил исключить промежуточные сроки, но сохранить общий показатель 10 процентов к 2003 году.

В 1998 году CARB снова смягчился от давления на автокомпании, голосовав за дополнительную гибкость в выполнении мандата на электромобиль. В частности, автомобильным компаниям будет разрешена возможность удовлетворить шесть процентов их мандата ZEV при производстве сверхнизких излучающих транспортных средств (SULEV). Однако эти транспортные средства должны будут соответствовать чрезвычайно строгим стандартам выбросов, а также иметь гарантию на выбросы 15 лет / 150 000 миль. Если производители автомобилей в полной мере воспользовались этим вариантом, только четыре процента их флота должны были быть чистыми автомобилями с нулевым уровнем выбросов.

Эти выгоды только кажутся топливом желаний регулятора для снижения выбросов, подталкивая автомобильные компании к сокращению дополнительных сокращений до нуля.

Дорожные блоки

Производители продолжают утверждать, что многие из тех же проблем, с которыми они столкнулись еще в 1996 году в отношении ограничений по стоимости и ограничениям во время работы с батареями, по-прежнему остаются в силе в 2000 году. Эта мрачная оценка разделяется Консультативной группой, созданной CARB для определения статуса батареи технологии. В отчете, представленном CARB в начале этого года, было много хороших технологий, но он согласился с тем, что «существенные успехи или прорывы потребуются для снижения расходов на аккумуляторные батареи существенно ниже текущих прогнозов». Группа рассмотрела такие достижения, которые вряд ли появятся в течение следующих шести-восьми лет.

В частности, панель обнаружила, что никель-металлгидридные (NiMH) батареи продемонстрировали способность удовлетворять требованиям мощности и выносливости для питания электромобилей. Тем не менее, не ожидается, что диапазон увеличится более чем на 75-100 миль за один заряд, тем самым серьезно ограничив его приемлемость для большого числа владельцев автомобилей. Стоимость этих батарей, несмотря на значительные попытки коммерциализации, по-прежнему очень высока. Батареи NiMH стоят от 9 500 до 13 000 долларов США каждый, если они производятся в количестве 10 000-20 000.

Панель также обнаружила, что литиево-ионные аккумуляторы показывают обещание, что является надежным и безопасным. Однако данные испытаний показали, что срок службы батареи был разочаровывающим от двух до четырех лет. Кроме того, на панели наблюдалось, что литий-ионные батареи проявляют различную степень чувствительности, когда подвергаются некоторым испытаниям на злоупотребление, предназначенным для имитации поведения батареи и безопасности при высоких механических, тепловых и электрических напряжениях. Решение этих вопросов может занять семь лет, заявила группа, и эти батареи, вероятно, будут дороже, чем батареи NiMH.

Суть, согласно панели, заключается в том, что практический диапазон, обеспечиваемый батареями существующих электромобилей, ограничен. «Для приложений, где требуется повышенный диапазон, получаемые в результате батареи большей емкости будут усугублять проблему стоимости передовых батареек пропорционально, и они будут поднимать все более серьезные проблемы с объемом и весом», - говорится в докладе группы.

Сбытовые мощности

В нынешних дебатах о нулевых выбросах в Калифорнии автомобильные компании указывали на отчет группы как подтверждение того, что они говорили в течение нескольких лет: из-за проблем с ценой и ассортиментом электромобили имеют ограниченный потенциал продаж. Фактически, с точки зрения фактических продаж, электромобиль был неисправным.

Недавно Honda прекратила выпуск EV Plus с продажами всего 297 автомобилей. Toyota продала только 507 своих автомобилей RAV4-EV, а GM продала всего 660 своего электромобиля EV1. Производители автомобилей утверждают, что они будут производить электрические транспортные средства, если они будут вынуждены регулирующими органами. Однако за пределами мандата ZEV потребительский интерес ограничивается небольшими целевыми рынками, где диапазон не является фактором.

Гибридные переговоры

CARB, похоже, не полностью отступает от цели нулевой эмиссии. В то время как больше уступок автомобильным компаниям может появиться, CARB подталкивает инженеров автомобильных компаний к тому, чтобы решить, как решить парадокс поддержания клиентов счастливыми и достижения цели нулевой эмиссии. Одним из компромиссов на ближайшую перспективу может быть гибридный автомобиль. В то время как не совсем нулевые выбросы, гибриды являются низкоизлечивающими транспортными средствами, которые являются экономически эффективными, и имеют хорошие рабочие характеристики или лучше, чем автомобили с бензиновым двигателем. Гибриды используют двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, тем самым избегая ограничений в диапазоне электрических транспортных средств.

Это не просто идея «пирога в небе». Toyota Prius уже на рынке, и Honda Insight должна быть доступна в ближайшем будущем. Эти автомобили используют электроэнергию на низких скоростях и на холостом ходу, но переходят на бензин, когда требуется больше энергии. Бензиновый двигатель также отключается, когда автомобиль идет на большие расстояния или останавливается в условиях интенсивного движения. Перемещаясь между электрическим и бензиновым двигателями по мере изменения мощности, пробег газа для автомобиля почти в два раза выше, чем у обычного транспортного средства с бензиновым двигателем аналогичного размера. Гибриды используют регенеративное торможение, что означает, что энергия от импульса вперед фиксируется во время торможения, а затем используется для подзарядки аккумулятора.

Где американский гибрид?

Американские автомобильные компании не слишком отстают в гонке, чтобы предлагать гибриды. Американские компании объединили свои ресурсы с федеральным правительством в рамках шестилетнего проекта, известного как «Партнерство для нового поколения» (PNGV), для разработки экологически чистых экологически чистых автомобилей. В разрабатываемых транспортных средствах используется сочетание гибридных технологий и новых материалов для достижения огромных успехов в топливной эффективности и сокращении выбросов

Введение гибридных автомобилей от Ford, GM и DaimlerChrysler все еще находится на расстоянии нескольких лет, и в Конгрессе были значительные споры, следует ли продолжать финансирование PNGV. Критики Capital Hill отмечают, что, несмотря на сотни миллионов долларов, потраченных на проект, японцы, похоже, опережают американские компании в области коммерциализации.

Каким бы ни был результат этой политической битвы, ясно, что в ближайшие годы гибриды станут основной частью парка автомобилей США. Недавно Агентство по энергетической информации США (EIA) объявило, что они считают, что гибриды будут вторыми в продажах двигателям внутреннего сгорания, хотя они добавляют, что к 2020 году это будет отдаленная секунда, возможно, только семь процентов флота. Конечно, топливо цены, правительственные мандаты и технологические достижения могут резко изменить эту динамику.

Технология после гибридов

В то время как гибриды предлагают сокращения выбросов, они не являются нулевыми выбросами. Гибриды покупают время, пока следующая технология не будет готова к запуску. Одной из технологий, которая может быть главным кандидатом, являются топливные элементы с водородным топливом.

Топливные элементы действуют как батареи, за исключением того, что они не сбегают. Топливный элемент для протонной замены мембран (PEM), который в настоящее время получает наибольшее внимание у ученых, состоит из двух электродных пластин с обеих сторон мембраны электролита. К одному кислороду и кислороду относится кислород. Реакция, при помощи тонкого слоя платинового катализатора, связанного с любой из сторон мембраны, создает электричество, воду и тепло. Протоны из расщепленных атомов водорода протекают через мембрану, а электроны выходят за пределы ячейки от одного электрода к другому, приводя в действие двигатель.

Для тех из нас, кто спал по курсам науки, важные вещи, которые следует помнить о топливных элементах, состоят в том, что они только выделяют водяной пар в атмосферу и что водород, используемый при конверсии, может быть создан любым количеством видов топлива, включая метанол, этанол, природный газа и бензина. Однако топливо должно быть без серы.

Топливные элементы все еще остаются длинными

Возможность использования топлива, отличного от водорода, может иметь решающее значение для краткосрочного потенциала топливных элементов, поскольку водород не такой плотный, как бензин, и поэтому его трудно хранить на транспортном средстве. Решение проблем, связанных с топливной инфраструктурой, представленной водородом, может занять годы.

К сожалению, использование других видов топлива, кроме водорода, создает трудности. Преобразование бензина или другого топлива в водород требует использования бортового риформера, который может выделять водород из топлива. Эти системы, как разрабатываемые в настоящее время, являются неэффективными и требуют высоких температур.

Exxon недавно объявила, что в сотрудничестве с GM они разработали эффективный метод преобразования бензина в водород. Если этот метод будет реализован в реальных демонстрационных проектах, он может устранить проблемы хранения топлива и инфраструктуры, препятствующие краткосрочной реализации технологии топливных элементов. Недавно Mitsubishi анонсировала, что она тестирует топливный элемент на базе метанола. Хотя инфраструктура метанола не так развита, как бензин, она считается хорошим кандидатом на транспортные средства с топливным элементом, поскольку она содержит большое количество водорода и не содержит серы.

Благодаря благоприятной производительности и снижению выбросов топливных элементов, автомобильные компании стремятся получить их в производство.В то время как прототипы транспортных средств на топливных элементах уже проходят испытания, автомобильные компании, в зависимости от того, с кем вы говорите, утверждают, что эта технология не будет на автомобильных участках в течение некоторого времени. Одним из основных препятствий для производства является то, что стоимость производства топливных ячеек значительно выше того, что необходимо для создания автомобиля с конкурентоспособной ценой. Автомобильная компания, которая значительно снизит издержки производства, будет иметь ногу в гонке, чтобы сначала получить транспортное средство с топливным элементом.

Одним из основных препятствий для производства является то, что стоимость производства топливных ячеек значительно выше того, что необходимо для создания автомобиля с конкурентоспособной ценой.

Возможное решение

Между инженерами, по-видимому, существует консенсус, который, исходя из отсутствия жертвоприношений за дальность полета и производительность, топливные элементы могут быть долгосрочным ответом на вопрос об эмиссии транспортных средств с нулевым уровнем выбросов. Фактически, район качества воздуха Южного берега в Калифорнии в партнерстве с Советом по воздушным ресурсам, EPA и Департаментом энергетики инвестировал миллиарды в демонстрационные проекты на топливных элементах, пытаясь продвинуть эту технологию.

Являются ли топливные элементы ответом на наши проблемы с чистым воздухом? Слишком рано делать это определение. Однако прогресс в развитии технологии гибридов и топливных элементов дает основание надеяться, что как регуляторы, так и автомобилисты получат то, что они хотят, и экономия окружающей среды и экономии топлива также принесет пользу.

Автор хотел бы отметить техническую помощь, предоставленную этой статьей Венделлом Пауэллом из Standard Motor Products.

Смотреть видео: SkyWay Миф об экологичном транспорте Штраф за элктромобильTesla (January 2020).

Loading...