低碳之探

文_宋喜秀

低碳之探

文_宋喜秀

減碳、無碳、除碳，技術(shù)的日新月異給低碳之路帶來了無限可能。汽車減排看似簡單，真正操作起來阻力著實不小。

減碳、無碳與除碳，低碳之路多夢幻。碳“精簡”精益求精，“零排放”創(chuàng)新無限?！白鞅住避囯S機應(yīng)變，“碳工程”憑空制碳。

低碳技術(shù)涉及電力、交通、建筑、冶金、石化、化工等領(lǐng)域，包括可再生能源、新能源、煤的干凈高效應(yīng)用、油氣資源和煤層氣的勘察開發(fā)及CO2捕獲與埋存等諸多范疇的開發(fā)項目，涉及范圍廣，包含項目多。根據(jù)邏輯法則推理，低碳技術(shù)可以歸納為減碳、無碳(零碳)與除碳3個類型。

1 減排減碳

要想降低汽車排放，發(fā)動機是主體，也是第一類低碳技術(shù)的載體。發(fā)動機減排包括提高燃油燃燒效率、減少渦輪增壓損失、改善排放系統(tǒng)功能、優(yōu)化熱能管理技術(shù)等。而技術(shù)路線主要集中在機體之外的排放后處理系統(tǒng)和熱能管理系統(tǒng)。

汽車減排，自帶平臺，循環(huán)燃燒，尾氣清白。

1.1 減排之牌

簡單高效的發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(Exhaust Gas Recirculation，簡稱EGR)，堪稱減排之牌的王牌。

EGR是基于發(fā)動機電控共軌、電控泵的全電控配置基礎(chǔ)上的一項實用技術(shù)。當車輛沒有超載或高速行駛要求時，車載電腦(ECU)就會給數(shù)控式EGR閥一個工作信號，將柴油機或汽油機產(chǎn)生的廢氣的一小部分(不足15%)再送回氣缸燃燒室里重新參與燃燒，通過降低發(fā)動機氣缸體里的氧氣含量來減少尾氣中COx、NOx等溫室氣體的排放濃度。

還有一種內(nèi)置EGR技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)動機的進氣門打開后，排氣門就會很快關(guān)閉，所以，更改排氣門凸輪軸的形態(tài)，讓排氣門延時關(guān)閉，排氣歧管里面過多的廢氣也會回流到燃燒室內(nèi)參與下一次燃燒。

增壓中冷柴油機實現(xiàn)廢氣再循環(huán)有2種方式：一種是將渦輪增壓器前的排氣引入中冷器之后，稱為高壓EGR。另一種是將渦輪增壓器后的排氣引入壓氣機之前，稱為低壓EGR。在廢氣再循環(huán)的2種技術(shù)路線中，低壓尾氣是在渦輪之后提取，所以更適合于空氣混合與動力推進。但是，低壓尾氣中的有害顆粒物對增壓器壓縮機輪有一定的腐蝕性。所以，高壓EGR曾經(jīng)一度成為主流。

汽車減排減碳，依賴系統(tǒng)循環(huán)，既有排氣循環(huán)給力，也有冷卻循環(huán)貢獻。

1.2 循環(huán)之患

傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，現(xiàn)在被稱作熱能管理系統(tǒng)。由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、補償水箱、節(jié)溫器、發(fā)動機機體和氣缸蓋中的水套以及附屬裝置等組成的強制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發(fā)動機中循環(huán)流動，形成2個散熱循環(huán)：一個是冷卻發(fā)動機的主循環(huán)，另一個是車內(nèi)取暖循環(huán)。2個循環(huán)都以發(fā)動機為中心，使用的是同一種冷卻液。

與發(fā)動機主循環(huán)不同，取暖循環(huán)不受節(jié)溫器的控制，只要打開暖氣，取暖循環(huán)就開始進行，不管冷卻液是冷還是熱。取暖循環(huán)的這一特點，很容易造成熱能損失：一是在發(fā)動機出現(xiàn)過熱時，不但不能立即熄火，反而應(yīng)該打開車窗，將暖氣開至最大，才能迅速降低發(fā)動機機體溫度。二是冬季冷車啟動時，司乘人員更冷，此時打開暖氣，暖氣循環(huán)也會延長發(fā)動機預(yù)熱時間。第三，取暖循環(huán)的本質(zhì)也是冷卻循環(huán)，50%以上的暖氣循環(huán)時間是不需要冷卻風(fēng)扇及水泵滿負荷運轉(zhuǎn)的。

綜上所述，冷卻風(fēng)扇和水泵的智能控制技術(shù)是發(fā)動機排放升級的又一重點。專用汽車車載智能控制系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)自身負荷特點，采用不同類型的電子控制離合器等熱能管理方案，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械離合器技術(shù)，降低冷卻系統(tǒng)的功率消耗，使發(fā)動機在理想的溫度下工作，取得最佳的節(jié)能減排效果。

1.3 尿素之訴

從現(xiàn)有車輛管理體制來看：油耗管“嘴”，排放管“尾”，節(jié)能減排，兩全其美。然而，現(xiàn)實情況，事與愿違。假冒低碳柴油車就令人深思。

相對汽油車，柴油車尾氣中NOx較多，而COx相對較低。因此，柴油車除了安裝EGR及微粒過濾裝置外，還要采取必要的煙氣脫硝技術(shù)。目前有選擇性催化還原、非選擇性催化還原、選擇性非催化還原、吸附還原催化劑、四效催化劑等煙氣脫硝方法。其中，運用最廣的是SCR(Selecte Catalytic Reduction，選擇性催化還原器)。SCR在貴金屬催化劑的作用下，噴射尿素溶液(NH3)還原劑，“有選擇性”地優(yōu)先與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)并生成無毒的惰性氣體N2和H2O蒸汽，而不和煙氣中的氧進行氧化反應(yīng)。

車用尿素溶液是農(nóng)用尿素提純后形成的淡藍色溶液，歐洲稱之為Adbule，北美則稱為Diesel Exhaust Fluid(縮寫為DEF)，中文直譯為“柴油機排放處理液”。大量國產(chǎn)冒牌低碳車，干脆不裝尿素箱，公開放棄這個選擇性催化還原器，讓NO、NO2等致癌物大行其道、任意發(fā)揮。國外冒牌低碳車，則更加隱蔽。全球最大的汽車生產(chǎn)商——德國大眾就曾曝出利用“作弊”軟件通過美國尾氣排放檢測的丑聞。

此外，尿素溶液用完就需要添加，增加了行駛成本，在環(huán)境溫度低于-11℃時，尿素水溶液會結(jié)冰，要通過加熱措施來解決，而噴射尿素處理尾氣對汽車動力性能也有一定影響。如此麻煩又費錢，減排減碳，任重道遠。

2 無排無碳

第二類低碳技術(shù)是目標更直接的無碳技術(shù)，如核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源技術(shù)。專用汽車領(lǐng)域則是以“零排放”為目標的新能源汽車技術(shù)。特別是電動汽車，其技術(shù)推廣范圍已經(jīng)從最初的公共交通領(lǐng)域，擴大到現(xiàn)在的物流、快遞等專用汽車領(lǐng)域。

2.1 電樁之裝

電動汽車普及的首要問題就是解決充電難題。雖然在國家層面上規(guī)定了充電接口標準，但是目前的這些推薦性行業(yè)標準，僅規(guī)定了插座、接口等比較初級的要求，電壓、功率等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)并沒有統(tǒng)一。還有一些參數(shù)的定義模糊，標準劃定的數(shù)據(jù)“區(qū)間”內(nèi)并不能實現(xiàn)不同充電樁的交換使用。已建成的充電樁如果不能實現(xiàn)調(diào)試兼容，仍會造成資源浪費。能否讓目前市場占有率高的充電樁成為標準基礎(chǔ)，值得主管部門研究和思考。

另據(jù)透露，英國政府已經(jīng)開始研發(fā)公路無線充電技術(shù)，希望未來電動車及混合動力汽車在英國的主要街道上行駛時，不需要重新充電就可以獲得更遠的行駛里程。此前，高通公司的Halo無線充電技術(shù)曾經(jīng)運用于電動方程式比賽，而韓國已經(jīng)開始在特定無線充電路面上使用電動巴士。

2.2 陽光之廣

有統(tǒng)計顯示，太陽每小時照射到地球上的能量能夠滿足人類1年的生產(chǎn)生活所需。太陽能能源用于汽車驅(qū)動，前景廣闊。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池模塊、充電放電裝置及儲能蓄電設(shè)備組成，通過太陽能電池模塊的光電能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)發(fā)電供電和儲能供能功能。

按照應(yīng)用太陽能的程度不同，太陽能驅(qū)動汽車，又可分為如下3種形式：一是完全用太陽能為驅(qū)動力，這是幾代汽車工作者的夢想。二是采用太陽能和其它能量混合驅(qū)動的汽車。與全用蓄電池的車相比，其容量可減少一半，既減輕了汽車質(zhì)量，又解決了太陽能汽車的續(xù)航里程不足的局限性問題，但此時的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，只是汽車動力的一種輔助裝置。三是專門到太陽能發(fā)電站充電的電動汽車，體現(xiàn)了一種綠色零碳的消費理念。

2.3 空氣之奇

在層出不窮的低碳概念車型中，壓縮空氣發(fā)動機裝備的氣動汽車形象最酷最“帥”。壓縮空氣發(fā)動機是利用高壓壓縮空氣工作,將高壓空氣中儲存的壓縮能轉(zhuǎn)換其它的機械能的一種動力裝置。國內(nèi)外研究的壓縮空氣發(fā)動機主要有往復(fù)式、葉片式、旋轉(zhuǎn)式3種結(jié)構(gòu)形式。此外，以液態(tài)氮氣、液態(tài)空氣吸熱后膨脹做功為動力的發(fā)動機也屬于壓縮空氣發(fā)動機的范疇。

壓縮空氣發(fā)動機排放出來的尾氣比空氣還干凈，是真正意義上的“零排放”發(fā)動機。同時，給氣動汽車充氣快速方便，比燃油車加油干凈環(huán)保，比電動車充電迅速快捷。但是，氣動汽車氣路多，氣壓控制特繁瑣：往復(fù)活塞式壓縮空氣發(fā)動機的特點是，活塞與氣缸之間的摩擦運動是動摩擦，對兩者之間的密封十分不利，所以在實際運用中，因為氣缸漏氣比較嚴重，而使發(fā)動機的機械效率普遍不足80%；而葉片式壓縮空氣發(fā)動機因為轉(zhuǎn)子、定子、葉片之間接觸面積相對較大，葉片與定子之間的頻繁摩擦不僅造成發(fā)動機葉片的快速磨損和高壓氣體的大量泄漏，還容易形成不容忽視的噪聲污染；偏心旋轉(zhuǎn)式壓縮空氣發(fā)動機依靠兩個以上氣室依次輪流膨脹推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，能夠連續(xù)輸出相對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩，摩擦力相對較小，但在氣室工作及換氣期間的空氣泄漏問題仍然比較嚴重。

事實上，法國、印度、澳大利亞以及中國的不止一家研究機構(gòu)已經(jīng)利用壓縮空氣動力技術(shù)試制成功了公交車、出租車、家庭用車和小型貨車。隨著降壓節(jié)流、熱力循環(huán)及高溫密封技術(shù)的進一步發(fā)展，隨著耐高壓儲氣罐制造工藝的不斷創(chuàng)新，特別是風(fēng)電、核電、潮汐電等綠色電力比重的持續(xù)提高，由電網(wǎng)電力進行次能量轉(zhuǎn)換，又以壓縮空氣作動力的氣動汽車大眾化的日子已經(jīng)為期不遠了。

3 去碳除碳

第三類就是治標又治本的去碳技術(shù)，CO2捕獲與埋存(caborn capture and storage ，簡稱CCS)技術(shù)，將化石燃料能量轉(zhuǎn)換過程或工業(yè)工程中產(chǎn)生的CO2用物理或化學(xué)工程捕獲，然后輸送并長期存放在如枯竭的天然氣氣層或深部咸水層等。CCS是解決全球氣候變暖最具發(fā)展前景的解決方案之一。

依托于該項技術(shù)，一家名為“碳工程”的高科技企業(yè)在加拿大西部小鎮(zhèn)斯闊米什的一家試點工廠正式運行。這家公司正在研究如何利用巨型風(fēng)扇從空氣中提取碳并制成可供飛機、汽車使用的燃料。一旦成功，這種方法不僅解決了碳排放過多的問題，還開啟了碳能源時代的大門。