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    【低碳論壇】托馬斯布里格斯:美國移動出行方面實現碳中和的不同途徑

    發布日期:2023-09-05 15:13  來源:會議  作者:方方   瀏覽次數:3514

    車網世界現場報道:

    由天津市人民政府、中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社共同主辦,天津市工業和信息化局、天津經濟技術開發區管理委員會特別支持,日本汽車工業協會、德國汽車工業協會聯合協辦的第十九屆中國汽車產業發展(泰達)國際論壇(以下簡稱“泰達汽車論壇”)于2023年9月1-3日在天津市濱海新區召開。本屆論壇以“高質量·新未來”為年度主題,邀請重磅嘉賓展開深入研討。


    在9月3日低碳論壇(上半節):“雙碳”戰略與技術路線選擇中,美國西南研究院院士工程師托馬斯布里格斯發表了題為“美國移動出行方面實現碳中和的不同途徑”的演講。

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    美國西南研究院院士工程師 托馬斯布里格斯

    以下為演講實錄:

    大家好,很高興今日和你們相聚一堂。我是Thomas Briggs,來自美國德克薩斯州圣安東尼奧市的美國西南研究院(Southwest Research Institute)。今天,我將和大家探討關于在美國的移動出行方面實現碳中和的不同途徑。


    首先向大家簡單介紹下美國西南研究院。美國西南研究院成立于1947年,專門從事先進科學技術開發和應用,旨在為政府和工業界和人類謀福祉。美國西南研究院是一家獨立的非盈利研究機構,不隸屬于美國政府或任何大學。這使我們能為各種客戶提供服務。因此,我們既與政府合作,也與商業客戶合作。舉例來講,我們同美國環保局(EPA)及其他監管機構合作,共同研究減排技術,并對將來實現減排的方法進行實證研究。我們同商業客戶合作,應用技術使客戶產品符合法規要求,并為產品在不同市場的銷售提供認證服務。同時,美國西南研究院通過在公司內部以及與客戶合作的方式,為開發下一代技術開展先進的研發活動,從而繼續提高發動機的效率、減少污染并降低生產成本。


    今天的內容將是我們對美國碳中和相關法規以及未來可能的發展方向的看法。由于我們不直接參與美國政府計劃或決策。因此,這些展示內容只是基于我們今天面臨的狀況,對未來幾十年發展趨勢的猜測。美國的法規相當復雜。我們實際上對發動機使用的燃料、燃油經濟性以及污染物排放等方面有獨立的法規。


    在燃料方面,美國環保局和美國加州空氣資源局(CARB)制定的標準也各不相同。由于標準不同,各方的實踐也各異。例如,美國環保局更多地推動生物柴油和乙醇進入市場,而根據加州空氣資源局的法規,可再生柴油等燃料更具吸引力。這導致了燃料使用方面的差異。些法規導致了市場上碳強度的不同。


    針對燃油經濟性和零排放車輛(ZEV)法案,美國環保局近期已宣布并計劃在今年內最終確定。輕型車輛第四階段排放標準(Tier 4)法規和重型卡車第三階段溫室氣體排放法規。這些法規將大幅降低尾氣溫室氣體排放,推動大量零排放車輛進入市場,但這不是強制性的,內燃機(ICE)在聯邦市場仍有銷售空間。


    美國加州空氣資源局及遵循其法規要求的各州正采用先進的清潔汽車和清潔貨車,這些都是真正的零排放車輛法案和禁用內燃機的措施。他們的目標是在未來幾年淘汰應用于移動出行的內燃機。


    在污染物排放標準方面,加利福尼亞和美國其他州在輕型車第四階段和2027年美國環保局對重型車排放的標準上有著相當一致的規定。這些規定隨時間推進而對氮氧化物和顆粒物排放提出更低要求。


    現在請看,零排放車輛法案將如何在美國實施。有關輕型車輛,已有13個州采用了美國加州空氣資源局的零排放車輛法案標準,預計在2035年實現內燃機銷售清零。而這覆蓋了美國國內大約32%的輕型車銷售量。因此,這是一項非常重要的因素,將推動大量電氣化產品進入市場。按照目前的法規,到2035年,美國其他州仍可以銷售內燃機。對于不同原始設備制造商(OEM)來說,我們的市場上仍存在不確定性。


    面對這些不同且互相沖突的法規要求,如何選取合適的技術組合呢?


    對于重型車輛,我們同樣具有對應的零排放車輛法案。在已經采用加利福尼亞輕型車輛零排放車輛法案的各州中,有部分州也采用了重型車輛法規,但沒有輕型車輛法規的州數多。這些州計劃在2045年前淘汰中重型卡車的內燃機。美國其余各州仍可以銷售柴油發動機汽車。


    至此,規定還遠不夠完善。推動過程中仍需要作出改變。這就是美國市場的當前狀況和存在的不確定性,現在美國大多數地方仍有銷售內燃機的機會。


    在人口最密集的部分州,汽車電氣化的推動速度非???。聯邦層面仍保持著非常傳統的溫室氣體規定。盡管輕重型車輛都有嚴格規定,但并不強制執行二氧化碳零排放,只是要求特定年份中每個原始設備制造商銷售的車輛整體平均二氧化碳排放量實現大幅降低。


    請看左板塊,這是2026至2032年溫室氣體排放目標。輕型車輛市場上銷量最多的是輕型皮卡車。而最終,我們可能需要70%的車隊實現二氧化碳凈零排放。對于任意特定的卡車,可以對于特定尺寸的車輛在給定年份的平均溫室氣體排放量要求。然后把原始設備制造商在特定年份銷售的所有卡車數據加起來,從而判斷是否達到規定要求。


    右板塊是美國加州空氣資源局的重型車輛規定。臥鋪駕駛室型半掛卡車是國內用于長途運輸最大型號的卡車,它們的減排任務可能相對較為緩和?,F階段的規定側重于每噸-英里的二氧化碳排放量,這樣也把卡車的工作量考慮了進去。盡管如此,在車輛整體層面上,減排要求仍然相當嚴格。


    因此,這兩方面都需要通過大規模電氣化或其他溫室氣體零排放解決方案(如使用氫氣作為燃料的內燃機)來滿足車輛整體的減排目標。他們并沒有完全淘汰內燃機,而是依然允許原始設備制造商為需要這一選項的客戶生產內燃機,如果我們關注聯邦政府,會發現他們制定了碳中和目標,爭取在2050年之前實現凈零排放。同時,聯邦政府為其研究、開發和投入實施投入了有數十億美元的國家資金用。


    右板塊圖片是他們的報告中所展示的一張圖片。從中我們可以得出,交通運輸排放占碳排放總量的33%,因此,大量資金用于降低交通中的碳強度。與此同時,也在通過新的太陽能和風能設備來降低電力生產的碳強度,減少工業層面的能耗,并轉向脫碳解決方案等多個方面做出了大量努力。


    所以,從溫室氣體排放總量來看,我們還有很多工作需要完成,也需要涉及多個部門。但對于這些部門來說,為了實現碳中和,需要大量的資金支持。目前,我們同時也面臨著2023年已經出現的多種挑戰。比如,2023年第一季度輕型電動汽車的銷量極為強勁。但我們也已看見其銷量勢頭減弱。我們發現,大部分消費者對現在的電動汽車不太滿意,不論是它的續航里程、充電時間還是價格方面。他們可能會覺得電動汽車的日常行駛范圍不夠,或者拉不動遠距離的拖車,或者可能沒有方便的充電站供他們使用。因此,人們對電動汽車漸漸失去興趣。然后我們發現福特已經推遲了電動汽車生產目標。福特表示,福特表示將在明年而不是今年達到60萬輛電動汽車的銷售目標。隨著電動汽車越來越難賣出去,經銷商的庫存也在增加。這些汽車在被購買之前,會在經銷商那里停留更長的時間。這對產業而言又是一個挑戰,因為所有的汽車制造商都在改變產品計劃、生產電動汽車以實現二氧化碳減排目標和零排放規定方面傾注了巨額投資。但是消費者的購買欲望并沒有達到預期,這給公司盈利能力構成了壓力。這也使得各大公司不得不重新思考他們的生產計劃,以及他們打算在市場上繼續銷售內燃機車型多長時間。


    再看重型汽車,我們可以看到同樣的事情發生了。在減排車型方面,我們有很多選擇,最簡單的就是右邊的電動車型,零尾氣排放。美國的特斯拉電動式半掛卡車應該算是這方面的示例。而在中間,我們有燃料電池電動車,這些車型可以在加氫站更快地補充燃料。盡管這些車型全都是電動的,但它們給人一種更接近傳統動力系統的感覺,同時也實現了零尾氣排放。因此,這兩種類型的車輛都能很輕松地滿足零排放汽車的規定。此時,我們還有其他技術,如氫內燃機。這樣一來,我們可以充分利用現有的制造和維護能力,因為行業里有很多人會維修這些卡車并保持其正常運行。雖然他們確實實現了二氧化碳零排放,但還是有一些氮氧化合物排放。但我們還是認為,所有這些技術都能為實現長期碳中和發揮作用。問題是,哪種方案最適合運輸脫碳?答案是,我們需要綜合所有方案。其中一些方案在市場的運用可能會更快。這些技術中有一些更適合于某些特定的工作模式。例如,氫內燃機在一次加氣周期內可以行駛500到600英里,而電池電動汽車在當前的電池技術下可能還做不到。


    因此,我們預見在未來的一段時間里,也許是很多年,所有這些技術都會同時存在,因為我們在不斷地研發和改進它們。然后我們會搞清楚哪種技術真正有助于實現我們的脫碳目標。另外,在美國和其他很多國家,人們對其他可能的解決方案仍然非常感興趣。例如,這是我們進行的一項研究,比較重型電動卡車與生物生產的可再生柴油燃料。這種燃料與加州銷售的燃料相似,但在其整個生命周期中通常會與常規柴油進行混合。我們可以發現,這些生物燃料完全可以和電動汽車技術一較高下。如果我們觀察右側的圖表,該圖表顯示了在一百萬英里(這是8級卡車的典型使用壽命)內總排放量,包括卡車制造過程中的碳排放。


    再看排放量里包含的溫室氣體噸數,我們知悉在卡車的使用壽命內,電池電動汽車即綠色的線,比內燃機發動機即橙色的實線要好得多得多。但如果看可再生柴油,實際上的生命周期排放會更低,因為可再生柴油是完全是一種生物衍生品,其生產碳強度極低。而在美國,電力產生的碳排放強度依然很高,這是短期內不能改變的事實。所以在目前這種情境下,通過保留內燃機并改用不同類型的燃料,實現脫碳的速度實際上會比轉向電動或燃料電池汽車更快。當然,當我們改變我們的發電結構和其他相關因素時,這些事情就會發生改變。但如果我們觀察今天的情況,或者至少是一年前的情況,實際上電動汽車并非唯一最佳選擇。我們有其他方法可以達到碳中和目標,這些方法可以利用我們現有的所有不同類型的原料和不同技術。


    如果我們稍稍展望一下未來的場景,美國實現碳中和并非坦途,并且充滿變化,同時,我們的執政政府和他們所設的目標也在變化。實現這個目標也取決于消費者對于新技術的接受度。如果電動汽車得不到市場的接受,那么即使有規定要求生產這種車型,如果沒人買,我們也會面臨經濟問題。同時,還需要投入巨資建設基礎設施,我們需要充電站,需要加氫站,需要更多的綠色電力生產。所有這些都是可能的發生的,但需要的時間很長。


    因此,我們看到,即使是到2050年實現碳中和,對于某些方面來說可能也是太早了。一些機構,如美國加州空氣資源局(CARB),設定的脫碳目標看起來具有極大的挑戰性。


    我們預測,當前提出的時間表很可能無法完全實現。開發電動汽車供應鏈所需的時間比我們真正需要的時間長很多,其中包括采購原材料、建造工廠、以及對使電池更耐用、壽命更長的技術的開發等我們已經看到,人們購買電動汽車的熱情并不像我們所期待的那么高漲。如果電池的耐用性和續航里程以及充電方式方面未能顯著提高,那么改變這一現狀則頗有難度。然后,對于消費者而言,使用電動車仍然面臨巨大的挑戰,尤其是對于那些需要長距離行駛和承受高負荷的商用車輛。


    我們來看最后一個選項,這并不是很困難。但是對于長途運輸來說,除了其內燃機之外,還沒有很多能夠真正滿足實用性需求的技術。我們確實有更低碳的選擇,比如生物衍生燃料,在短期內可以給我們帶來顯著的減排效果,這也為電動汽車技術和其他技術的發展爭取了時間,盡管不能立即實現零排放。但它可以顯著降低我們的碳強度,使我們更接近碳中和目標。如果我們從投資的角度考慮,那么現在節約碳比10年后再節約碳更有價值,因為碳始終存在于大氣中。因此我們預計,在未來幾年,我們依然會朝碳中和目標邁進,只是速度可能會比我們目前在一些法規中的規定要慢。我們仍有機會發展和推廣包括氫燃料的內燃機在內的其他技術,并在市場上獲得一席之地,這些技術能作為我們盡快實現碳中和目標的多樣化工具之一,在我們朝這一目標前進的同時,還能維護消費者、制造商和燃料供應商之間所需的經濟功能。


    非常感謝您的關注。希望接下來的會議精彩順利。

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