Kapløb om at reducere transportemissioner driver brændstof- og forbrændingsinnovation

I denne uge slutter luftfartsindustriens eksperter sig sammen med landets bedste energiforskere for at diskutere strategier for renere lufttransport, der gør nationen mindre afhængig af traditionelle fossile brændstoffer og samtidig bremse klimaændringerne.

Deres udveksling af store ideer repræsenterer kun en brøkdel af de løsninger, som forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE's) National Renewable Energy Laboratory (NREL) udforsker i kapløbet om at reducere emissionerne fra nogle af de transportsektorer, der udgør de største udfordringer .

Fly tegner sig for mere end 8% af alle amerikanske transportrelaterede drivhusgasemissioner (GHG), mens skibe og tog hver producerer mindre end 2% af disse emissioner. Alligevel kan et enkelt containerskib udlede lige så meget kuldioxid som 75.000 biler og lige så meget nitrogenoxid og partikler som 2,5 millioner biler. De tunge køretøjer, der bruges til transkontinental godstransport, genererer 23 % af landets drivhusgasemissioner.

Vægten, kraften og duty-cycle-kravene til disse transportformer, som i fællesskab er ansvarlige for næsten al godsbevægelse, gør dem notorisk svære at elektrificere. Samtidig kan landet kun nå klimamålene med dybe nedskæringer i deres udledninger. NREL-forskere arbejder sammen med partnere, herunder dem, der er repræsenteret ved laboratoriets partnerforum, for at løse disse problemer med overkommelige og højtydende brændstof- og forbrændingsinnovationer designet til at mindske CO2-fodaftryk og samtidig styrke den nationale energisikkerhed og forsyningskædens modstandskraft.

"På den ene side ser vi et relativt hurtigt skift til elbiler. Det er dog sværere at praktisk talt eliminere kulstofemissioner i luftfarts-, marine- og tunge sektorer, som fortsat vil være afhængige af flydende brændstoffer," sagde NREL Seniorforsker og Brændstof- og forbrændingsgruppeleder Gina Fioroni. "Vores team arbejder på at sikre, at nye brændstoffer fra bæredygtige kilder vil brænde renere, samtidig med at varer og mennesker holdes i bevægelse."

Forskning afslører, hvordan biobaserede brændstoffer kan reducere drivhusgasemissionerne

Nylige NREL-gennembrud giver mulighed for at reducere diesellastbilers og flys drivhusgasemissioner med henholdsvis 60 % til 84 %. Laboratoriet undersøger muligheder, der kan give lignende emissionsreduktioner for tog og marinefartøjer.

Indtil videre viser biobaserede råvarer, herunder træagtige biomasserester, landbrugsrester, alger og kommunalt fast affald, lovende som vedvarende kilder til produktion af disse nye brændstoffer. NREL-forskere vurderer kandidatbrændstoffer for effektivitet, ydeevne og stabilitet, såvel som teknoøkonomiske faktorer, herunder produktionsomkostninger og råvareforsyningskæder.

NRELs mangeårige videnskabelige lederskab har ført til betydelige opdagelser om, hvordan brændstofegenskaber påvirker motordriften. Parret med laboratoriets forståelse af industriens prioriteter samt avancerede simulerings- og maskinlæringsfunktioner giver denne ekspertise den indsigt, der er nødvendig for hurtig udvikling af markedslevedygtige bæredygtige brændstoffer til langdistancelastbil-, jernbane-, marine- og luftfartssektorer. Laboratoriets forskning forbinder prikkerne mellem brændstofegenskaber, molekylær struktur og motormekanik, hvilket giver industrien afgørende information til at målrette design til specifikke applikationer.

Identifikation af pålidelige, effektive brændstoffer med et lille CO2-fodaftryk og potentiale for produktion i kommerciel skala afhænger af en sofistikeret forståelse af, hvordan brændstofegenskaber påvirker motorens forbrænding. En innovativ kombination af målinger af brændstofegenskaber, kemiske modeller på molekylært niveau og højtydende computersimuleringer gør det muligt for NREL-forskere at finde frem til de bedste rene, effektive og omkostningseffektive løsninger for hver tilstand.

Simuleringer minimerer tid og omkostninger ved vurdering af brændstofydelse

At producere store mængder flybrændstof, der kræves for at opnå godkendelse fra industristandardmyndigheden ASTM International, er særlig dyrt. Med simuleringer kan forskere nøjagtigt vurdere brændstofydelsen i timer eller minutter i stedet for at stole på dyre udstyrsbaserede evalueringer, der kan tage måneder. NREL-teamet kan hurtigt evaluere brændstoffers interaktioner med nutidens flyturbinemotorer og dieselmotorer til lokomotiver, skibe og lastbiler, samt undersøge, hvordan nye brændstoffer kan fungere sammen med morgendagens næste generations motorteknologier.

"Vi har været heldige at arbejde med så mange fantastiske partnere - fra udstyrsproducenter til operatører, brancheforeninger, andre forskningsinstitutioner og certificeringsmyndigheder," sagde NREL Senior Research Fellow og Advanced Biofuels Team Lead Robert McCormick. "De har gjort det klart, hvor komplekst, tidskrævende og risikabelt det er at bringe nye brændstoffer på markedet. Vores teams arbejde tager hensyn til disse overvejelser med det mål at få levedygtige nye, bedre brændstoffer på markedet hurtigere."

NREL-teamet har mangeårige relationer med organisationer som ASTM, UL og International Organization for Standardization, som er ansvarlige for at fastsætte industristandarder og praksis. Forskere arbejder også tæt sammen med partnere, der fremstiller og driver lastbilkørsel, luftfart, jernbane, byggeri, minedrift, militær- og landbrugsudstyr, sammen med virksomheder, der producerer brændstof- og infrastrukturudstyr.

Derudover fortsætter laboratoriet med at bygge bro over overgangen til fuld elektrificering af lette og mellemstore køretøjer med strategier til at maksimere brugen af ​​biobrændstof i mellemtiden. Samtidig arbejder NREL-forskere på at forbedre ydeevnen og sikkerheden af ​​batterier til elektriske køretøjer.

"Brug af rent brændende brændstof med lavt kulstofindhold er blot en af ​​de strategier, der er nødvendige for at nå netto-nul-emissioner for luftfart og andre former for transport," sagde Fioroni. "Dette vil ikke kun hjælpe med at bekæmpe klimaændringer, men det vil også resultere i et stærkere system for godstransport, at få kritiske forsyninger til industrien og forbrugerne og levere de produkter, vi har brug for i hele landet og rundt om i verden." + Udforsk yderligere

Brændstof- og motorforskning bringer renere, mere effektive biler og lastbiler tættere på målstregen