Гибридные грузовики могут значительно сократить выбросы в атмосферу

Грузовые автомобили большой грузоподъемности, такие как 18-колесные седельные тягачи машины, которые перевозят огромное количество  товаров с ферм, заводов или портов на рынки или склады, практически все работают на дизельном топливе. На их долю приходится значительная часть мировых выбросов парниковых газов, но пока мало что сделано для решения этого
вопроса. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый способ питания этих грузовиков, который мог бы значительно сократить загрязнение окружающей среды, повысить эффективность и сократить или даже устранить выбросы парниковых газов.

Концепция предполагает использование блочного гибридного двигателя, когда грузовик будет в основном работать от аккумуляторов. Данный двигатель, который позволял бы грузовикам надежно путешествовать на те же расстояния, что и обычные дизельные грузовики сегодня, был бы моделью с «гибким топливом», который мог бы работать на чистом бензине,чистом спирте или смесях этого топлива.

Хотя конечная цель заключается в том, чтобы приводить в движение грузовики полностью аккумуляторами, исследователи говорят, что этот гибридный вариант с «гибким топливом» может дать таким грузовикам возможность быстрее выйти на рынок,
преодолев опасения по поводу ограниченного диапазона движения, стоимости, времени зарядки, утилизации аккумуляторов
или необходимости в тяжелых батареях, для достижения больших величин пробега.

Новая концепция была разработана Дэниелом Коном, научным сотрудником Энергетической инициативы MIT и Центра плазменного синтеза, а также главным инженером-исследователем Лесли Бромбергом.

«В течение нескольких лет мы работали над тем, чтобы сделать двигатели для легковых и грузовых автомобилей более чистыми и эффективными, и нас особенно интересовало, что можно сделать с искровым зажиганием, а не с воспламенением от сжатия, используемым в дизелях, потому, что по сути, он намного чище », — говорит Кон. По сравнению с дизельным двигателем бензиновый двигатель производит загрязнение оксидом азота (NOx) только десятую часть, что является основным компонентом загрязнения воздуха.

Кроме того, благодаря использованию гибкой топливной конфигурации, которая позволяет им работать на бензине, этаноле, метаноле или их смесях, такие двигатели могут давать гораздо меньше парниковых газов, чем двигатели на чистом бензине, а дополнительные затраты на гибкость топлива невелики, по словам Кона и Бромберга. Если использовать чистый метанол или этанол, получаемый из возобновляемых источников, таких как сельскохозяйственные отходы или муниципальный мусор, чистые выбросы парниковых газов могут быть даже нулевыми. «Это способ использования топлива с низким содержанием парниковых газов, когда оно доступно, но всегда есть возможность использовать его с бензином для обеспечения максимальной гибкости», — говорит Кон.

«Хотя Tesla Motors объявила, что будет производить полностью электрический тяжелый грузовик, — говорит Кон, — мы думаем, что это будет очень сложно, из-за стоимости и веса батарей, необходимых для обеспечения достаточного запаса хода».

Кон и Бромберг предполагают, что для достижения ожидаемого диапазона движения обычных дизельных грузовиков потребуется от 10 до 15 тонн аккумуляторных батарей. «Это значительная часть полезной нагрузки, которую такие грузовики перевозили бы в противном случае», — говорит Кон.

Чтобы обойти это, Кон и Бромберг будут использовать плагин-гибрид. Двигатель, который они предлагают для такого гибрида, является версией того, того, над которой два исследователя работали в течение многих лет, разрабатывая высокоэффективный бензиновый двигатель с гибким топливом, который будет весить намного меньше, будет более экономичным и будет производить десятую часть загрязнения воздуха по сравнению с лучшим из современных автомобилей с дизельным двигателем.

Кон и Бромберг провели подробный анализ как инженерных, так и экономических аспектов того, что потребуется для разработки такого двигателя для удовлетворения потребностей существующих операторов грузовых автомобилей. Для соответствия эффективности дизелей можно использовать смесь спирта с бензином или даже чистый спирт, и они могут быть выработаны с использованием возобновляемых источников энергии. Детальное компьютерное моделирование целого ряда требуемых характеристик двигателя в сочетании со скринингом результатов с использованием искусственного интеллекта дало четкие указания на наиболее перспективные пути и показало, что такие замены действительно возможны как в инженерном, так и в финансовом отношении.

Как в существующих дизелях, так и в предлагаемых транспортных средствах с гибким топливом выбросы измеряются в выхлопной трубе после того, как различные устройства контроля выбросов выполнили свою работу, поэтому сравнение является реалистичным показателем реальных выбросов. «Комбинируя гибридный привод и двигатель внутреннего сгорания с гибким топливом, электроприводы внедряются в сектор тяжелых грузовиков, что позволяет им соответствовать требованиям по дальности и стоимости и с минимальным количеством выбросов парниковых газов», — говорит Кон.

Бромберг говорит, что бензиновые двигатели стали намного эффективнее и чище с годами, а относительная стоимость дизельного топлива возросла, так что преимущества в стоимости, которые привели к почти повсеместному принятию дизелей для тяжелых грузовиков, больше не преобладают. «Со временем бензиновые двигатели становятся все более и более эффективными, и им присуще преимущество в уменьшении загрязнения воздуха», — говорит он. Использование бензинового двигателя в гибридном грузовике, даёт возможность работать с оптимальной скоростью, максимально увеличивая эффективность.

«Метан является чрезвычайно мощным парниковым газом, поэтому, если его можно использовать для производства полезного топлива путем преобразования его в метанол с помощью простого химического процесса, это один из наиболее привлекательных способов получения чистого топлива», — говорит Бромберг. «У топлива на спиртовой основе в целом много преимуществ».

Он отмечает, что в Калифорнии уже есть новые правила по выбросам для грузовых автомобилей, которые трудно выполнить
на автомобилях с дизельными двигателями. «Мы считаем, что для автотранспортных компаний есть разумное основание перейти на бензин или гибкое топливо», — говорит Кон. «Двигатели дешевле, выхлопные системы дешевле, и гарантия, что они могут соответствовать ожидаемым нормам. А объединение двигателя на чистом топливе и электродвигателя в гибридном грузовике, учитывая постоянно растущее влияние чистой энергетики на все сферы жизни, может снизить выбросы и загрязнение в секторе грузоперевозок ».

«Чистая электрическая тяга для грузовых автомобилей является конечной целью, но современные аккумуляторы пока не делают это реалистичным вариантом», — говорит Кон. «Батареи отличные, но давайте будем реалистичны в отношении того, что они могут дать современном тягачу».