环境可持续性：能源和资源效率、脱碳和空气质量

2018-07-04

汽车文摘 2018年7期

1 前言

为了环境和可持续发展，欧盟制定了2050发展愿景，核心是在二氧化碳中性的前提下交通对环境和经济的影响最小，为此提出了2020-2030年为达此目标制定了欧盟高层范围的研究课题范围，这为制定详细的欧盟可持续环境联合项目打下了基础。本文为中国环境可持续发展提供了借鉴。

2 愿景

2050：“二氧化碳中性道路运输对包括车辆和基础设施的循环经济以及环境影响最小”

·100%用于运输的可再生能源（电，替代燃料）。

·城区零排放。

·农村地区可忽略不计或接近零排放。

·现实世界条件下的高能效道路车辆。

·无处不在的不间断能源供应充电设施和各处所需的替代燃料。

·车辆和基础设施的循环经济

·经济实惠而且节能的汽车生产和维护

3 研究课题2020-2030：

（1）可再生、低碳先进燃料：低成本可持续生产、存储和分配

运输系统未来脱碳的关键因素就是如何获取低碳先进燃料和包括从液体和气体使用绿色电生成的生物，合成燃料混合组分。它们的生产有可能从环境中除去已有的二氧化碳。这可能发生在车辆外或车辆内，例如，改良剂，车载CCS，它们可用于电能的化学存储。较高质量燃料还可以通过更好的燃烧改进车辆效能和减少排放的优点。研发挑战包括更多能源和传统和新燃料生产二氧化碳高效方式。存储和分配这些燃料的新方法，可能是理想的，而且基础设施允许它们在需要的地方免费提供，进一步减少排放。

爱如此深刻地伴着主人公挨过战火洗礼的岁月，给生命贯注了神性的高贵，让理想主义脱胎换骨。并且相信，人毕竟是人，既非不死，也非神灵。羞涩与虔诚交织的又怕又爱就这样高于伦理的绝对命令，迎候了受难牺牲者灵魂的复活。

影响：接近零的二氧化碳WTW，可以为无论是否适合电气化部门提供低碳能源。

（2）高效全电蓄电池动力系和车辆—长行驶里程电动乘用车

为了满足长途旅行的个人移动需求以及减少温室气体排放，有必要开发更长行驶里程以及具有互联和自动驾驶功能的车辆（图1），并利用从这些驾驶模式获得的效率增益。研发需求包括在轻量化建设过程中与主动安全系统组合的能源效益增益。重要的是优化汽车能源需求，并为辅助设备设计高效解决方案，以改善车辆行驶里程。研究也应改善电机和功率电子例如半导体效率。对轮胎和刹车材料的研究有助于减少残余颗粒排放。

图1 交通系统的替代能源-电动化出行

影响：为减缓气候变化所带来的影响，多采用电动车出行。

（3）高效、完全电气化公共汽车系统（城区、郊区和城区-之间）

共享和公共运输业在交通低碳化中发挥重要作用。而且包括一个完全电气化的城市公交车队转移到电气化农村公交车和与其它“最后一英里”解决方案集成版。研发挑战包括：推进和辅助系统，用于传导和感应快充的接口；以及与其它集体和个人交通运输方式和城区物流及公用事业服务组合方式。

影响：电动车数量增加有助于缓解气候变化、空气、噪音恶化，提升能源效率。

（4）高效电气化长途卡车和长途客运汽车

电气化对长途行驶的重型商用车是一次特殊的挑战，由于重量，有效载荷和行驶里程等原因，只依赖于蓄电池短期还不能解决所有问题。必须开发混合动力系统和构架。必须对依据与道路基础设施整合到一起的解决方案进行评估。卡车和客车电池能源效率将变得越来越重要包括路上与高效运作组合充电，改善长途卡车和客车能量回收和物流。能源转换系统零排放研究例如燃料电池。场景，成本/收益和能源（Well-To-Wheel）油井到车轮评估。长途和城市交通之间的接口。

影响：与2015年基点对比，在农村驾驶条件下，每辆车TTW（油箱到车轮）二氧化碳减排量为12%，改善空气质量，减少拥堵。也应该考虑到WTW（油井到车轮）影响。

（5）高效的（插电式）混合动力传动系统和用于乘用车和运货车的车辆。

未来乘用车和送货车混合动力系统可能会与电推进系统，热力发动机和定制变速器&传动系组合。需要特别努力开发新型专用动力传动系统，融合先进的内燃机，电力推进和变速箱技术，使之拥有最佳的产品属性，包括能源效率和成本。研究需求包括为极高真实世界能源效率和与非常低污染排放相容定义和开发颠覆性动力总成构架（燃烧模式，热量回收，混合动力传输…）。针对上述挑战要搞出付担得起解决方案，而需要集成化或模块化新颖构架。先进动力总成能源管理将利用V2X与环境的互联性（基础设施和其它车辆）。

影响：与2015基准对比，在农村驾驶条件下，每台车辆按照15%由油箱到车轮（Tank-To-Wheel）减少二氧化碳。

（6）就接近零排放而开发出的具有颠覆性的超-低排放概念设计

本主题目标是实现有助于乘用车和送货车近似零排放可负担得起的混合动力传动系。纯电模式适用于零排放区域。

城际间旅行除了使用电机之外还要使用内燃机，为了定义和开发新的燃烧模式和没有燃料经济惩罚各种条件下产生超低排放的后处理，需要对此进行研究，而且定义与环境互联的先进系统管理。为增加结构紧凑性和可负担得起能力，而采用的总布置和成本计算方法。为尽量减少生命周期影响，而采用回收和生命周期结束战略。

影响：尤其在城市和郊区以及农村地区，空气质量和噪音得到改善。

（7）高效超低排放内燃机和其它用于长途的动力系

将来可能为人们提供新型高级具有非常低/近似零WTW（Well-To-Wheel）排放燃料，可能使用（也就是内燃机）或也有可能不涉及到内燃机（例如燃料电池）。对设计长途需要使用这些燃料的动力系进行优化，为了充分利用新燃料特性，最有可能不同于现有的动力系。否则，与这些新燃料相关的益处只是部分的。这也将适用于它们的后处理系统。研究需求包括至关重要，柔性处理不同燃料，而且针对这些燃料需要优化的动力系控制管理系统还要包含燃料质量检测能力。要实现与环境保持互联互通。为保护资源和保持发动机或能源转换系统耐久性和可靠性，需要减少触媒材料。

影响：近似零二氧化碳WTW（Well-To-Wheel油井到车轮）。

（8）新电池和针对不同使用情况下便于充电机遇：城区充电，高功率充电，电力传输技术

为了在不降低性能情况下，挑战纯粹配备内燃机车辆，插电式混合动力车辆和纯电动车需要配备有长距离行驶里程蓄电池和具备快速充电能力。为了能成为吸引人眼球和节能乘用车，需要配备对极端温度具有良好的耐受性的结构紧凑、轻型和可负担得起的蓄电池。定义化学内容以及开发出旨在超越目前锂离子电池能效整体方案绝对是一次挑战。在节能电池和生产考量保护现有资源方面也有改进空间。在改进蓄电池的同时，基础设施的演变需容易展开、高性价比和可互换充电站以及超高速充电站。

影响：为有助于减缓气候变化，需增加使用插电式混合动力和纯电动车数量，空气质量改进，可持续性/保护好关键材料。

（9）第二次生命/材料再生和回收，包括能量平衡。

可持续生产电动车蓄电池，车辆用完之后，用于固定单元，还具有可用潜能（家和建筑物，充电站，电厂峰值支持）。当电动车蓄电池使用寿命周期结束，需要拆解并具有很高的材料再利用潜能。第二次生命带来的价值，再生和回收对于车辆总拥有成本（TCO）来说意义重大（图2）。挑战包括对可持续生产，基于重复利用汽车蓄电池生产供电设备高性价比流程开发的研究，还包括提取稀有材料二次利用（铝，铜，镍，钴）标准和先进成本和能量高效流程。还需要开发出用于处理非可再生元件的先进流程。

影响：生命周期二氧化碳减排和生产蓄电池过程中对所用自然资源保护，确保电动车剩余价值。