Ingeniører udvikler koncept for hybride tunge lastbiler

Tunge lastbiler, såsom de 18-hjulede biler, der transporterer mange af verdens varer fra gård eller fabrik til marked, er stort set alle drevet af dieselmotorer. De tegner sig for en betydelig del af verdensomspændende drivhusgasemissioner, men der er indtil videre ikke gjort meget for at dæmme op for deres klimaforandringsfremkaldende udstødning.

Nu, forskere ved MIT har udtænkt en ny måde at drive disse lastbiler på, som drastisk kan bremse forureningen, øge effektiviteten, og reducere eller endda eliminere deres nettodrivhusgasemissioner.

Konceptet involverer brug af et plug-in hybrid motorsystem, hvor lastbilen primært vil blive drevet af batterier, men med en gnisttændingsmotor (i stedet for en dieselmotor). Den motor, hvilket ville gøre det muligt for lastbilerne bekvemt at køre de samme afstande som nutidens konventionelle diesellastbiler, ville være en flex-fuel model, der kunne køre på ren benzin, ren alkohol, eller blandinger af disse brændstoffer.

Mens det ultimative mål ville være at drive lastbiler udelukkende med batterier, siger forskerne, denne flex-fuel hybrid mulighed kunne give sådanne lastbiler mulighed for tidligt at komme ind på markedet ved at overvinde bekymringer om begrænset rækkevidde, koste, eller behovet for overdreven batterivægt for at opnå længere rækkevidde.

Det nye koncept blev udviklet af MIT Energy Initiative og Plasma Fusion and Science Center forsker Daniel Cohn og ledende forskningsingeniør Leslie Bromberg, som præsenterer det på den årlige SAE International-konference den 11. april.

"Vi har arbejdet i en årrække på måder at gøre motorer til biler og lastbiler renere og mere effektive, og vi har været særligt interesserede i, hvad du kan gøre med gnisttænding [i modsætning til den kompressionstænding, der bruges i dieselmotorer], fordi det i sig selv er meget renere, " siger Cohn. Sammenlignet med et dieselmotorkøretøj, et benzindrevet køretøj producerer kun en tiendedel så meget nitrogenoxid (NOx) forurening, en væsentlig del af luftforurening.

Ud over, ved at bruge en flex-fuel-konfiguration, der gør det muligt at køre på benzin, ethanol, methanol, eller blandinger af disse, sådanne motorer har potentialet til at udlede langt mindre drivhusgas end rene benzinmotorer gør, og de trinvise omkostninger for brændstoffleksibiliteten er meget lille, Cohn og Bromberg siger. Hvis den køres på ren methanol eller ethanol, der stammer fra vedvarende kilder, såsom landbrugsaffald eller kommunalt affald, nettoudledningen af ​​drivhusgasser kunne endda være nul. "Det er en måde at gøre brug af et brændstof med lavt drivhusgas", når det er tilgængeligt, "men altid at have mulighed for at køre den med benzin" for at sikre maksimal fleksibilitet, siger Cohn.

Mens Tesla Motors har annonceret, at de vil producere en helelektrisk tung lastbil, Cohn siger, "Vi tror, ​​det bliver meget udfordrende, på grund af omkostningerne og vægten af ​​batterierne" er nødvendige for at give tilstrækkelig rækkevidde. For at opfylde den forventede rækkevidde for konventionelle diesellastbiler, Cohn og Bromberg vurderer, ville kræve et sted mellem 10 og 15 tons batterier "Det er en betydelig del af nyttelasten", sådan en lastbil ellers kunne bære, siger Cohn.

For at komme uden om det, "Vi tror, ​​at måden at muliggøre brugen af ​​elektricitet i disse køretøjer er med en plug-in hybrid, " siger han. Den motor, de foreslår til sådan en hybrid, er en version af en, som de to forskere har arbejdet på i årevis, udvikle en meget effektiv, benzinmotor med fleksibelt brændstof, der ville veje langt mindre, være mere brændstoføkonomisk, og producere en tiendedel så meget luftforurening som de bedste af nutidens dieseldrevne køretøjer.

Cohn og Bromberg lavede en detaljeret analyse af både ingeniørarbejdet og økonomien i, hvad der ville være nødvendigt for at udvikle en sådan motor til at opfylde behovene hos eksisterende lastbiloperatører. For at matche effektiviteten af ​​dieselmotorer, en blanding af alkohol med benzinen, eller endda ren alkohol, Kan bruges, og dette kan behandles ved hjælp af vedvarende energikilder, de fandt. Detaljeret computermodellering af en lang række ønskede motoregenskaber, kombineret med screening af resultaterne ved hjælp af et kunstig intelligenssystem, gav klare indikationer af de mest lovende veje og viste, at sådanne substitutioner faktisk er praktisk og økonomisk gennemførlige.

I både den nuværende diesel og de foreslåede flex-fuel køretøjer, emissionerne måles ved udstødningsrøret, efter at en række forskellige emissionskontrolsystemer har udført deres arbejde i begge tilfælde, så sammenligningen er et realistisk mål for emissioner i den virkelige verden. Kombinationen af ​​et hybriddrev og en flex-fuel-motor er "en måde at muliggøre introduktionen af ​​elektrisk drev i sektoren for tunge lastbiler, ved at gøre det muligt at opfylde sortiments- og omkostningskrav, og gør det på en måde, der er ren, " siger Cohn.

Bromberg siger, at benzinmotorer er blevet meget mere effektive og rene med årene, og de relative omkostninger til dieselbrændstof er steget, så de omkostningsfordele, der førte til den næsten universelle anvendelse af dieselmotorer til tunge lastbiler, ikke længere er fremherskende. "Over tid, gasmotorer er blevet mere og mere effektive, og de har en iboende fordel ved at producere mindre luftforurening, " siger han. Og ved at bruge motoren i et hybridsystem, den kan altid køre med sin optimale hastighed, maksimere dens effektivitet.

Metan er en ekstremt potent drivhusgas, så hvis det kan omdirigeres til at producere et nyttigt brændstof ved at omdanne det til methanol gennem en simpel kemisk proces, "det er en af ​​de mest attraktive måder at lave et rent brændstof på, " siger Bromberg. "Jeg tror, ​​at alkoholbrændstofferne generelt lover meget."

Allerede, han påpeger, Californien har planer om nye regler om emissioner fra lastbiler, der er meget vanskelige at opfylde med dieselmotorkøretøjer. "Vi mener, at der er en væsentlig begrundelse for, at lastbilfirmaer går til benzin eller fleksibelt brændstof, " siger Cohn. "Motorerne er billigere, udstødningsbehandlingssystemer er billigere, og det er en måde at sikre, at de kan opfylde de forventede regler. Og ved at kombinere det med elektrisk fremdrift i et hybridsystem, givet et stadigt renere elnet, kan yderligere reducere emissioner og forurening fra lastbilsektoren."

Ren elektrisk fremdrift til lastbiler er det ultimative mål, men nutidens batterier gør det ikke til en realistisk mulighed endnu, Cohn siger:"Batterier er fantastiske, men lad os være realistiske med hensyn til, hvad de kan give."

Og den kombination, de foreslår, kan løse to store udfordringer på én gang, de siger. "Vi ved ikke, hvad der vil være stærkest, ønsket om at reducere drivhusgasser, eller ønsket om at reducere luftforurening." I USA, klimaændringer kan være det største skub, mens luftforurening i Indien og Kina kan være mere presserende, men "denne teknologi har værdi for begge udfordringer, " siger Cohn.