丰田×日产×本田:投入研发新型燃料“e-fuel”

丰田、日产和本田汽车公司正加大对二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的合成液体燃料“e-fuel”的研究开发的投入。它们的目标是将包括能源生产阶段在内的混合动力汽车(HEV)的二氧化碳排放量降低到低于电动汽车(EV)的水平,以应对2030年更加严格的环境法规。

碳中性合成燃料e-fuel。与汽油或柴油混合比例为20%左右时效果最佳。(图片均来自雅虎)

01、实现碳中性

e-fuel是将水电解生成的H2和CO2通过催化反应而合成的液体碳氢链(燃料)。因其利用可再生能源制得,所以可以使CO2的排放和吸收相同,达到“碳中性”。

另外,e-fuel可以与汽油或柴油混合使用,减少HEV等内燃发动机汽车在行驶过程中的CO2排放量,以实现碳中性。

根据技术系数字媒体“日经×TECH”的调查,这三家日系公司已分别开始研究高效的合成方法、使用方法和商业模型等。此外,三家公司都将HEV视为到2030年时的动力总成的主要方式。

实现碳中性的液体燃料包括玉米和藻类等制成的生物燃料,其可通过太阳能获得,然而存在生成时间过长的问题,而e-fuel可通过工业合成,因此可大大缩短制造时间,适合大规模生产;同时,其还具有不使用粮食的优点。

在e-fuel的研发方面领先的是德国奥迪。2017年,奥迪宣布在德国建立e-fuel的研究设施。这是为应对到2030年逐渐严格的欧洲环保法规提前做准备。奥迪的这一做法或许是出于EV还存在成本及续航距离等问题,仅靠EV应对环保法规风险太大的考虑。

奥迪最早开始e-fuel研发。2017年在德国建立研究设施。

欧洲将在2030年引入的CO2排放量限制法规非常严格,要求比2021年减少37.5%。此外,欧洲还正在讨论2025年以后采用“well-to-wheel(一次能源从生产到行驶,WtW)”的计算方法来限制排放量。

欧洲著名的汽车环保性评价组织GreenNCAP提出的CO2排放量限制法规路线图。首先,要求在2030年以后将使用life cycle assessment(LCA)评价方法。GreenNCAP由汽车评估组织EuroNCAP运营。由日经×TECH根据GreenNCAP的资料制成。

这意味着,目前行驶过程中CO2排放量排放量为零的EV,在应用新的评价方法后将负有发电时产生的CO2排放量,即CO2排放量不再为零。根据不同地区的电源结构,在CO2排放量方面EV和HEV将没有太大差别,试图依靠EV来通过法规的策略将难以实现,因此可以减少HEV等内燃发动机汽车排放量的e-fuel受人青睐。

02、提高混动比率的可能性

德国大型零部件制造商马勒的研究部门负责人OtmerSchaller强调称:“(为了达到2030年的法规)引进e-fuel是决定性的一步。”据其分析,与汽油或柴油中混合比例为20%左右时效果最佳。此外,还确认了该公司提供的现有发动机零部件使用混合燃料时能够正常工作。

这三家日系公司之所以致力于e-fuel的研究,除了因为可以应对法规之外,其普及程度将会对EV和HEV占销售中的比率产生重大影响。如果e-fuel得到普及,提高HEV销售比率的可能性也会变大。这将左右需要巨额投资的动力总成的开发方向。三家公司都希望尽快开始研究并深度发掘e-fuel的可能性。

e-fuel的开发仍处在研究阶段,距离批量生产预计还需要10年。而从现在开始着手研发将将能够赶上2030年新法规的施行。

当然,其中也有出于防止e-fuel的相关专利被欧洲垄断的考虑。e-fuel在生产过程中使用氢气,这与倡导建设氢社会的日本能源战略相符。这是因为该技术能够以气体形态难于运输的氢气转变为液态的e-fuel,提高了氢能的可运输性。如果该技术被欧洲垄断,则可能会阻碍日本氢能社会的实现。

然而,尽管这三家日系公司将开始着手研究e-fuel,但它们似乎并考虑制造和销售那么长远。例如,本田动力部件开发部门高级总工程师木村英辅就表示:“e-fuel的制造需要巨额投资,应该由燃料公司承担”。这说明汽车公司将自身定位为对燃料公司的后方支持。

欧洲似乎也采取了同样的方针。欧洲石油工业组织FuelsEurope于6月15日宣布,将致力于开发碳中性液体燃料,由此可以看出欧洲汽车公司负责支持、由石油公司负责实际生产的构想。

03、高成本成为难题,各方正非公开地进行合成方法的改良

e-fuel面临的挑战是成本高。估算下来每升500日元左右。考虑到日本汽油不含税的价格为50-60日元,e-fuel的成本约为汽油价格的10倍。以目前的成本竞争力,e-fuel的普及根本无望。

成本高的原因是由于合成碳氢链的费-托(FT)合成反应需在高温和高压进行,会消耗大量能量。此外,相比投入的H2和CO2,通过FT反应生成的碳氢链的物质转化率仅为60%-70%,低产率也是导致成本高的原因之一。

对FT方法的改良研究正在世界范围内非公开地进行。例如,丰田公司似乎正在通过改良由铁(Fe)和钴(Co)等组成的催化剂来抑制温度和压力,试图探索出一种提高产率的合成方法。如果这一问题能够得到解决,那么内燃发动机或许才是环保且低价的汽车动力总成方式。


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