Hvad er den bedste måde at reducere drivhusgasemissioner fra biler?

Politikker til fremme af reduktioner i drivhusgasemissioner har en tendens til at understrege behovet for at skifte så mange køretøjer som muligt til elektrisk strøm. Men en ny undersøgelse fra MIT og Ford Motor Company finder, at afhængigt af placeringen, i nogle tilfælde kunne en tilsvarende eller endnu større reduktion i emissioner opnås ved at skifte til lette konventionelle (gasdrevne) køretøjer i stedet - i det mindste på kort sigt.

Undersøgelsen så på en række faktorer, der kan påvirke disse køretøjers relative ydeevne, herunder lave temperaturers rolle i at reducere batteriets ydeevne, regionale forskelle i gennemsnitligt antal kørte miles årligt, og den forskellige blanding af genererende kilder i forskellige dele af USA. Resultaterne bliver offentliggjort i dag i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi , i et papir af MIT Principal Research Scientist Randolph Kirchain, nyuddannet Di Wu Ph.D. '18, kandidatstuderende Fengdi Guo, og tre forskere fra Ford.

Undersøgelsen kombinerede en række datasæt for at undersøge den relative indvirkning af forskellige køretøjsvalg ned til et amt-for-amt-niveau på tværs af nationen. Den viste, at mens elektriske køretøjer giver den største effekt for at reducere drivhusgasemissionerne for det meste af landet, især på begge kyster og i syd, betydelige dele af Midtvesten havde det modsatte resultat, med letvægts benzindrevne køretøjer, der opnår en større reduktion.

Den største faktor, der førte til denne konklusion, var blandingen af ​​genererende kilder, der går ind i nettet i forskellige regioner, siger Kirchain. Den blanding er "renere" på både øst- og vestkysten, med højere forbrug af vedvarende energikilder og relativt lave emissioner af naturgas, mens der i det øvre Midtvesten stadig er en meget højere andel af kulfyrede kraftværker. Det betyder, at selvom elbiler ikke udleder drivhusgasser, mens de køres, processen med at genoplade bilens batterier resulterer i betydelige emissioner.

På de steder, købe en letvægtsbil, defineret som en, hvis struktur hovedsageligt er bygget af aluminium eller specialiseret letvægtsstål, ville faktisk resultere i færre emissioner end at købe en sammenlignelig elbil, undersøgelsen fandt.

Forskningen blev muliggjort af Fords indsamling af data om køretøjets ydeevne fra omkring 30, 000 biler, over i alt omkring 300 millioner miles kørsel. De kommer fra konventionelle mellemstore konventionelle benzinbiler, og forskerne brugte standardmodelleringsteknikker til at beregne ydeevnen af ​​tilsvarende køretøjer, der enten var hybridelektriske, batteri-elektrisk, eller letvægtsversioner af konventionelle biler.

"Vi forsøgte at tilføje så meget rumlig opløsning som muligt, sammenlignet med andre undersøgelser i litteraturen, at forsøge at få en fornemmelse af de kombinerede virkninger" af de forskellige temperaturfaktorer, nettet, og køreforhold, Kirchain forklarer. Denne kombination af data viste, blandt andet, at "nogle af områderne med mere kulstoftunge net er også tilfældigvis koldere, og noget mere landligt, " siger han. "Alle tre af disse ting kan vippe emissioner på en negativ måde for elektriske køretøjer" med hensyn til deres indvirkning på at reducere emissioner. De kombinerede effekter er stærkest i dele af Wisconsin og Michigan, hvor letvægtsbiler ville have en betydelig fordel i forhold til elbiler med hensyn til at reducere emissioner, viste undersøgelsen.

Effekten af ​​koldt vejr på batteriets ydeevne, han siger, "er noget, der diskuteres i EV-litteraturen, men ikke så meget i de populære diskussioner om emnet." Omvendt, benzindrevne køretøjer lider under en effektivitetsstraf i bykørsel, men de har lavere emissioner i regioner, der er mere landlige og spredt ud.

Dataene om bilens ydeevne, som teamet skulle arbejde med takket være deres samarbejde med Ford-forskere "var unikke, " siger Kirchain. "Tidligere, en "stor" undersøgelse af denne type ville være et par dusin køretøjer, " og de ville hovedsageligt komme fra folk, der meldte sig frivilligt til at dele deres data og derfor var mere tilbøjelige til at være bekymrede over miljøpåvirkningen. De omfattende Ford-data, derimod give "et bredere tværsnit af chauffører og kørselsforhold."

Kirchain understreger, at hensigten med denne undersøgelse ikke på nogen måde er at minimere vigtigheden af ​​at skifte jordtransport til elektrisk strøm for at begrænse drivhusgasemissioner. "Vi forsøger ikke at underminere det faktum, at elektrificering er den langsigtede løsning - og den kortsigtede løsning for det meste af landet, " siger han. Men i løbet af de næste par årtier, som betragtes som en kritisk periode i bestemmelsen af ​​planetens klimaresultater, det er vigtigt at vide, hvilke foranstaltninger der faktisk vil være mest effektive til at reducere CO2-emissioner for at fastlægge politikker og incitamenter, der vil give de bedste resultater, han siger.

Den relative fordel ved letvægtskøretøjer sammenlignet med elektriske, ifølge deres modellering, "falder over tid, efterhånden som nettet forbedres, " siger han. "Men det går ikke helt væk, før man kommer tæt på 2050 eller deromkring."

Letvægtsaluminium bruges nu i Ford F-150 pickup trucken, og i de helt elektriske Tesla sedans. I øjeblikket, der er ingen letvægts benzindrevne mellemstore biler på markedet i USA, men de kunne bygges, hvis der var incitamenter svarende til dem, der blev brugt til at fremme produktionen af ​​elbiler, Kirchain foreslår.

Lige nu, han siger, USA har "et kludetæppe af regler og incitamenter, der giver ekstra incitamenter til elektrificering." Men der er visse dele af landet, han siger, hvor det ville give mere mening at give incitamenter "til enhver mulighed, der giver tilstrækkelige brændstofbesparelser, ikke kun til elektrificering, " han siger.

"I det mindste for den nordlige centrale del af landet, policymakers should consider a more nuanced approach, " tilføjer han.

"This is a significant advance, " siger Heather MacLean, professor of civil and mineral engineering at the University of Toronto, som ikke var tilknyttet dette arbejde. Dette studie, hun siger, "illustrates the importance of the regional disaggregation in the analysis, and that if it were absent results would be incorrect. This is an unequivocal call for regional policies that use the latest research to build rational agendas, rather than prescribing overarching global solutions."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.