当前,重型商用车面临日益严苛的油耗和排放法规,将来还面临着碳排放和商用车双积分政策的挑战,传统重型商用车的节能降碳减污技术必将进一步发展进步,重型商用车的动力、能源多元化也是大势所趋。
日本汽车工业协会会长, 丰田汽车前社长丰田章男曾说,减碳的核心是消除二氧化碳而不是内燃机。在新能源重卡全面推广面临瓶颈的当下,零碳燃料(氢、氨)、低碳燃料(甲醇、天然气等)、绿色电力生产的E-fuel(生物柴油等碳中性燃料)为重卡内燃动力持续燃烧提供了广阔的降碳前景。
政策支持,中国替代燃料风口已来
据官方统计,交通行业的碳排放在我国全门类的碳排放中约占10%,道路运输占交通部门总碳排放约74.5%,商用车碳排放占所有车辆碳排放比例为64.6%,而重型货车碳排放占商用车碳排放的83.5%,显然是车辆碳减排的关键。
而目前重型商用车的电动化渗透率较低,并且只在某些特定的场景应用,如港口、钢厂、矿山等,那么在重型商用车上燃烧低碳/零碳替代燃料(氢、氨、甲醇、天然气、合成生物燃料等)成为了唤起内燃机低碳发展新生的关键技术途径。
我国车辆和商用车碳排放占比情况
8月22日,国家发展改革委发布《绿色绿色低碳先进技术示范工程实施方案》,方案指出工业生产、建筑运行、交通运输等是消耗能源和产生碳排放的主要环节。方案在交通领域示范项目中专辟一章,指出强化先进生物液体燃料、生物天然气、可再生合成燃料等低碳燃料研发生产供应。方案还指出了二氧化碳先进高效捕集及资源化利用,包括二氧化碳制备合成气、甲醇等液体燃料。
发改委官网通知
发改委此次公布《方案》,为交通领域尤其重型商用车使用零碳/低碳替代燃料探索有效路径,有利于替代燃料技术推广应用的支持政策、生产运输等基础设施和商业模式逐步完善。透射出从政府层面从未放弃过内燃机,尤其难以一蹴而就电动化的重型商用车领域。
2023年5月,工信部公开征求对《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南(2023版)》的意见,明确提出在燃料替代方面,重点制定生物质燃料替代技术,如氢燃料内燃机等氢能替代。
2020年12月15日,工信部发布《关于调整甲醇汽车产品准入相关要求的通知》,至此,我国甲醇汽车的行政管理正式形成规范化闭环管理,进入了国家汽车产业管理范畴。甲醇汽车全面市场化终于提上日程,迈入快车道。
国家各部委对甲醇汽车政策
各方发力,替代燃料技术市场日渐成熟
从前沿技术研发角度出发,当前替代燃料技术已成为重型商用车内燃动力研发领域的热点。
1.碳中性燃料
内燃机知名专家、工程院院士黄震近年一直力推替代燃料,倡导用新能源发的“绿电”合成碳中性燃料,以达到“电力零碳化+燃料零碳化”,他认为内燃机只是一个能量转换装置,我们要消灭的是CO2而非内燃机。从欧盟的禁燃政策看,在欧盟2035年淘汰新型内燃机汽车计划中豁免使用电子燃料汽车,黄院士的倡导得到佐证。
电力零碳化+燃料零碳化
所谓“碳中性”,是指能源在生产及使用过程中达到二氧化碳排放平衡。碳中性、可再生合成燃料是以太阳能、风能等可再生能源为主要能量供给,通过转化还原CO2,合成高能量密度的车用碳氢燃料或醇醚燃料,合成燃料能量密度高输运和加注方便,可利用加油站等基础设施,社会应用成本低,燃料在发动机中燃烧后排出的CO2再被捕集,可实现燃料合成-燃烧-碳排放-燃料合成的碳元素循环利用和碳中性。
商用车替代燃料内燃机(氢、氨、天然气及双燃料)
2.甲醇燃料
2023年9月6日,以“甲醇经济——中国式现代化‘双碳’实践”为主题,2023年太原能源低碳发展论坛甲醇经济论坛暨山西晋中甲醇经济发展大会在晋中市开幕。
这是因为被李书福推崇多年的甲醇汽车落户晋中,并在2022年6月22日首台远程甲醇重卡在当地下线,而晋中市政府在2022年公开高调表示,晋中要发挥吉利商用车集团优势打造国家级甲醇经济示范区。
李书福曾在全国两会上多次提及推广甲醇汽车,吉利甲醇燃料与甲醇汽车的研发应用甚至可以往前追溯40余年,目前基本已经全面系统的验证了甲醇汽车可靠性、动力性、经济性、安全性和环保性。
“发动机+变速箱+前桥+驱动桥”直驱动力链
吉利甲醇发动机和车辆
3.甲醇重整制氢
甲醇作为一种理想的氢气载体,在线甲醇水蒸气重整技术将会是氢能短板的一个解决方案。但是,氢能源汽车的能源补给方式由原先的加氢转换成加甲醇水溶液,这种设想还存在着理论和实践上的难点。
采用车载甲醇重整制氢是燃料电池汽车氢气制取、运输、分配及加氢等环节存在的问题的解决方案之一。
2023年5月工信部公告中显示一款“甲醇重整制氢燃料电池”厢式运输车,生产商为吉利远程商用车。
甲醇重整制氢+质子膜燃料电池原理图
吉利2015年投资冰岛“碳循环国际公司”(CRI),采用的就是CO2和H2合成制取甲醇技术。2023年,该项目成功在安阳投产,成为全球首个十万吨级绿色低碳甲醇制备项目。
吉利在绿色甲醇生产端布局
而另外一家由上海市“千人计划”专家沈建跃博士牵头的上海博氢新能源科技有限公司,是甲醇重整制氢领域最早的推动者,是国内最早研发甲醇重整制氢用氢和高温燃料电池技术方案的企业。
据了解,博氢拥有完整的小型化甲醇重整制氢微反应器、高温质子膜燃料电池系统、系统集成等行业领先技术,其技术于2023年7月19日经国家科技部科技成果评价为“国际领先”,是该领域目前唯一达到该水平的企业。
该公司在浙江省宁波慈溪市建成了行业内首个甲醇重整氢燃料电池自动化生产基地,实现了甲醇在线制氢与燃料电池一体化,灵活应用于工业、发电、交通等领域,并在2022年取得首台套认定,正在启动批量化生产。
博氢甲醇方案和应用
结语
当然,从各类替代燃料的技术、经济性、能效、政策法规进行梳理,最终还要看各自TCO、技术发展情况和国家政策导向情况。
内燃动力在重型车上的使用更是未来很长一段时期的必然选择,重型商用车用燃料多元化总体路线正逐步形成。无疑,在“双碳”背景下,替代燃料赋予内燃机旺盛生命力。
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