環(huán)境可持續(xù)性：能源和資源效率、脫碳和空氣質(zhì)量

1 前言

為了環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，歐盟制定了2050發(fā)展愿景，核心是在二氧化碳中性的前提下交通對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響最小，為此提出了2020-2030年為達(dá)此目標(biāo)制定了歐盟高層范圍的研究課題范圍，這為制定詳細(xì)的歐盟可持續(xù)環(huán)境聯(lián)合項(xiàng)目打下了基礎(chǔ)。本文為中國環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供了借鑒。

2 愿景

2050：“二氧化碳中性道路運(yùn)輸對包括車輛和基礎(chǔ)設(shè)施的循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境影響最小”

·100%用于運(yùn)輸?shù)目稍偕茉矗?，替代燃料）?/p>

·城區(qū)零排放。

·農(nóng)村地區(qū)可忽略不計(jì)或接近零排放。

·現(xiàn)實(shí)世界條件下的高能效道路車輛。

·無處不在的不間斷能源供應(yīng)充電設(shè)施和各處所需的替代燃料。

·車輛和基礎(chǔ)設(shè)施的循環(huán)經(jīng)濟(jì)

·經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且節(jié)能的汽車生產(chǎn)和維護(hù)

3 研究課題2020-2030：

（1）可再生、低碳先進(jìn)燃料：低成本可持續(xù)生產(chǎn)、存儲和分配

運(yùn)輸系統(tǒng)未來脫碳的關(guān)鍵因素就是如何獲取低碳先進(jìn)燃料和包括從液體和氣體使用綠色電生成的生物，合成燃料混合組分。它們的生產(chǎn)有可能從環(huán)境中除去已有的二氧化碳。這可能發(fā)生在車輛外或車輛內(nèi)，例如，改良劑，車載CCS，它們可用于電能的化學(xué)存儲。較高質(zhì)量燃料還可以通過更好的燃燒改進(jìn)車輛效能和減少排放的優(yōu)點(diǎn)。研發(fā)挑戰(zhàn)包括更多能源和傳統(tǒng)和新燃料生產(chǎn)二氧化碳高效方式。存儲和分配這些燃料的新方法，可能是理想的，而且基礎(chǔ)設(shè)施允許它們在需要的地方免費(fèi)提供，進(jìn)一步減少排放。

愛如此深刻地伴著主人公挨過戰(zhàn)火洗禮的歲月，給生命貫注了神性的高貴，讓理想主義脫胎換骨。并且相信，人畢竟是人，既非不死，也非神靈。羞澀與虔誠交織的又怕又愛就這樣高于倫理的絕對命令，迎候了受難犧牲者靈魂的復(fù)活。

影響：接近零的二氧化碳WTW，可以為無論是否適合電氣化部門提供低碳能源。

（2）高效全電蓄電池動(dòng)力系和車輛—長行駛里程電動(dòng)乘用車

為了滿足長途旅行的個(gè)人移動(dòng)需求以及減少溫室氣體排放，有必要開發(fā)更長行駛里程以及具有互聯(lián)和自動(dòng)駕駛功能的車輛（圖1），并利用從這些駕駛模式獲得的效率增益。研發(fā)需求包括在輕量化建設(shè)過程中與主動(dòng)安全系統(tǒng)組合的能源效益增益。重要的是優(yōu)化汽車能源需求，并為輔助設(shè)備設(shè)計(jì)高效解決方案，以改善車輛行駛里程。研究也應(yīng)改善電機(jī)和功率電子例如半導(dǎo)體效率。對輪胎和剎車材料的研究有助于減少殘余顆粒排放。

圖1 交通系統(tǒng)的替代能源-電動(dòng)化出行

影響：為減緩氣候變化所帶來的影響，多采用電動(dòng)車出行。

（3）高效、完全電氣化公共汽車系統(tǒng)（城區(qū)、郊區(qū)和城區(qū)-之間）

共享和公共運(yùn)輸業(yè)在交通低碳化中發(fā)揮重要作用。而且包括一個(gè)完全電氣化的城市公交車隊(duì)轉(zhuǎn)移到電氣化農(nóng)村公交車和與其它“最后一英里”解決方案集成版。研發(fā)挑戰(zhàn)包括：推進(jìn)和輔助系統(tǒng)，用于傳導(dǎo)和感應(yīng)快充的接口；以及與其它集體和個(gè)人交通運(yùn)輸方式和城區(qū)物流及公用事業(yè)服務(wù)組合方式。

影響：電動(dòng)車數(shù)量增加有助于緩解氣候變化、空氣、噪音惡化，提升能源效率。

（4）高效電氣化長途卡車和長途客運(yùn)汽車

電氣化對長途行駛的重型商用車是一次特殊的挑戰(zhàn)，由于重量，有效載荷和行駛里程等原因，只依賴于蓄電池短期還不能解決所有問題。必須開發(fā)混合動(dòng)力系統(tǒng)和構(gòu)架。必須對依據(jù)與道路基礎(chǔ)設(shè)施整合到一起的解決方案進(jìn)行評估。卡車和客車電池能源效率將變得越來越重要包括路上與高效運(yùn)作組合充電，改善長途卡車和客車能量回收和物流。能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)零排放研究例如燃料電池。場景，成本/收益和能源（Well-To-Wheel）油井到車輪評估。長途和城市交通之間的接口。

影響：與2015年基點(diǎn)對比，在農(nóng)村駕駛條件下，每輛車TTW（油箱到車輪）二氧化碳減排量為12%，改善空氣質(zhì)量，減少擁堵。也應(yīng)該考慮到WTW（油井到車輪）影響。

（5）高效的（插電式）混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和用于乘用車和運(yùn)貨車的車輛。

未來乘用車和送貨車混合動(dòng)力系統(tǒng)可能會與電推進(jìn)系統(tǒng)，熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和定制變速器&傳動(dòng)系組合。需要特別努力開發(fā)新型專用動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，融合先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)，電力推進(jìn)和變速箱技術(shù)，使之擁有最佳的產(chǎn)品屬性，包括能源效率和成本。研究需求包括為極高真實(shí)世界能源效率和與非常低污染排放相容定義和開發(fā)顛覆性動(dòng)力總成構(gòu)架（燃燒模式，熱量回收，混合動(dòng)力傳輸…）。針對上述挑戰(zhàn)要搞出付擔(dān)得起解決方案，而需要集成化或模塊化新穎構(gòu)架。先進(jìn)動(dòng)力總成能源管理將利用V2X與環(huán)境的互聯(lián)性（基礎(chǔ)設(shè)施和其它車輛）。

影響：與2015基準(zhǔn)對比，在農(nóng)村駕駛條件下，每臺車輛按照15%由油箱到車輪（Tank-To-Wheel）減少二氧化碳。

（6）就接近零排放而開發(fā)出的具有顛覆性的超-低排放概念設(shè)計(jì)

本主題目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)有助于乘用車和送貨車近似零排放可負(fù)擔(dān)得起的混合動(dòng)力傳動(dòng)系。純電模式適用于零排放區(qū)域。

城際間旅行除了使用電機(jī)之外還要使用內(nèi)燃機(jī)，為了定義和開發(fā)新的燃燒模式和沒有燃料經(jīng)濟(jì)懲罰各種條件下產(chǎn)生超低排放的后處理，需要對此進(jìn)行研究，而且定義與環(huán)境互聯(lián)的先進(jìn)系統(tǒng)管理。為增加結(jié)構(gòu)緊湊性和可負(fù)擔(dān)得起能力，而采用的總布置和成本計(jì)算方法。為盡量減少生命周期影響，而采用回收和生命周期結(jié)束戰(zhàn)略。

影響：尤其在城市和郊區(qū)以及農(nóng)村地區(qū)，空氣質(zhì)量和噪音得到改善。

（7）高效超低排放內(nèi)燃機(jī)和其它用于長途的動(dòng)力系

將來可能為人們提供新型高級具有非常低/近似零WTW（Well-To-Wheel）排放燃料，可能使用（也就是內(nèi)燃機(jī)）或也有可能不涉及到內(nèi)燃機(jī)（例如燃料電池）。對設(shè)計(jì)長途需要使用這些燃料的動(dòng)力系進(jìn)行優(yōu)化，為了充分利用新燃料特性，最有可能不同于現(xiàn)有的動(dòng)力系。否則，與這些新燃料相關(guān)的益處只是部分的。這也將適用于它們的后處理系統(tǒng)。研究需求包括至關(guān)重要，柔性處理不同燃料，而且針對這些燃料需要優(yōu)化的動(dòng)力系控制管理系統(tǒng)還要包含燃料質(zhì)量檢測能力。要實(shí)現(xiàn)與環(huán)境保持互聯(lián)互通。為保護(hù)資源和保持發(fā)動(dòng)機(jī)或能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)耐久性和可靠性，需要減少觸媒材料。

影響：近似零二氧化碳WTW（Well-To-Wheel油井到車輪）。

（8）新電池和針對不同使用情況下便于充電機(jī)遇：城區(qū)充電，高功率充電，電力傳輸技術(shù)

為了在不降低性能情況下，挑戰(zhàn)純粹配備內(nèi)燃機(jī)車輛，插電式混合動(dòng)力車輛和純電動(dòng)車需要配備有長距離行駛里程蓄電池和具備快速充電能力。為了能成為吸引人眼球和節(jié)能乘用車，需要配備對極端溫度具有良好的耐受性的結(jié)構(gòu)緊湊、輕型和可負(fù)擔(dān)得起的蓄電池。定義化學(xué)內(nèi)容以及開發(fā)出旨在超越目前鋰離子電池能效整體方案絕對是一次挑戰(zhàn)。在節(jié)能電池和生產(chǎn)考量保護(hù)現(xiàn)有資源方面也有改進(jìn)空間。在改進(jìn)蓄電池的同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施的演變需容易展開、高性價(jià)比和可互換充電站以及超高速充電站。

影響：為有助于減緩氣候變化，需增加使用插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)車數(shù)量，空氣質(zhì)量改進(jìn)，可持續(xù)性/保護(hù)好關(guān)鍵材料。

（9）第二次生命/材料再生和回收，包括能量平衡。

可持續(xù)生產(chǎn)電動(dòng)車蓄電池，車輛用完之后，用于固定單元，還具有可用潛能（家和建筑物，充電站，電廠峰值支持）。當(dāng)電動(dòng)車蓄電池使用壽命周期結(jié)束，需要拆解并具有很高的材料再利用潛能。第二次生命帶來的價(jià)值，再生和回收對于車輛總擁有成本（TCO）來說意義重大（圖2）。挑戰(zhàn)包括對可持續(xù)生產(chǎn)，基于重復(fù)利用汽車蓄電池生產(chǎn)供電設(shè)備高性價(jià)比流程開發(fā)的研究，還包括提取稀有材料二次利用（鋁，銅，鎳，鈷）標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)成本和能量高效流程。還需要開發(fā)出用于處理非可再生元件的先進(jìn)流程。

影響：生命周期二氧化碳減排和生產(chǎn)蓄電池過程中對所用自然資源保護(hù)，確保電動(dòng)車剩余價(jià)值。

圖2 電動(dòng)化道路交通

4 結(jié)束語

歐盟2050愿景是：“二氧化碳中性道路運(yùn)輸對包括車輛和基礎(chǔ)設(shè)施的循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境影響最小”。

歐盟提出了2020年到2030年9大領(lǐng)域環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究課題范圍及其影響，也提出了歐盟社會對于可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新需求，為制定詳細(xì)的研究項(xiàng)目提供了指南，為社會各利益攸關(guān)方合作、為加速創(chuàng)新進(jìn)程提供了基礎(chǔ)。