低碳之探

文_宋喜秀

低碳之探

文_宋喜秀

減碳、無碳、除碳，技術的日新月異給低碳之路帶來了無限可能。汽車減排看似簡單，真正操作起來阻力著實不小。

減碳、無碳與除碳，低碳之路多夢幻。碳“精簡”精益求精，“零排放”創新無限?！白鞅住避囯S機應變，“碳工程”憑空制碳。

低碳技術涉及電力、交通、建筑、冶金、石化、化工等領域，包括可再生能源、新能源、煤的干凈高效應用、油氣資源和煤層氣的勘察開發及CO2捕獲與埋存等諸多范疇的開發項目，涉及范圍廣，包含項目多。根據邏輯法則推理，低碳技術可以歸納為減碳、無碳(零碳)與除碳3個類型。

1 減排減碳

要想降低汽車排放，發動機是主體，也是第一類低碳技術的載體。發動機減排包括提高燃油燃燒效率、減少渦輪增壓損失、改善排放系統功能、優化熱能管理技術等。而技術路線主要集中在機體之外的排放后處理系統和熱能管理系統。

汽車減排，自帶平臺，循環燃燒，尾氣清白。

1.1 減排之牌

簡單高效的發動機廢氣再循環系統(Exhaust Gas Recirculation，簡稱EGR)，堪稱減排之牌的王牌。

EGR是基于發動機電控共軌、電控泵的全電控配置基礎上的一項實用技術。當車輛沒有超載或高速行駛要求時，車載電腦(ECU)就會給數控式EGR閥一個工作信號，將柴油機或汽油機產生的廢氣的一小部分(不足15%)再送回氣缸燃燒室里重新參與燃燒，通過降低發動機氣缸體里的氧氣含量來減少尾氣中COx、NOx等溫室氣體的排放濃度。

還有一種內置EGR技術。傳統發動機的進氣門打開后，排氣門就會很快關閉，所以，更改排氣門凸輪軸的形態，讓排氣門延時關閉，排氣歧管里面過多的廢氣也會回流到燃燒室內參與下一次燃燒。

增壓中冷柴油機實現廢氣再循環有2種方式：一種是將渦輪增壓器前的排氣引入中冷器之后，稱為高壓EGR。另一種是將渦輪增壓器后的排氣引入壓氣機之前，稱為低壓EGR。在廢氣再循環的2種技術路線中，低壓尾氣是在渦輪之后提取，所以更適合于空氣混合與動力推進。但是，低壓尾氣中的有害顆粒物對增壓器壓縮機輪有一定的腐蝕性。所以，高壓EGR曾經一度成為主流。

汽車減排減碳，依賴系統循環，既有排氣循環給力，也有冷卻循環貢獻。

1.2 循環之患

傳統的汽車發動機冷卻系統，現在被稱作熱能管理系統。由水泵、散熱器、冷卻風扇、補償水箱、節溫器、發動機機體和氣缸蓋中的水套以及附屬裝置等組成的強制循環水冷卻系統，利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發動機中循環流動，形成2個散熱循環：一個是冷卻發動機的主循環，另一個是車內取暖循環。2個循環都以發動機為中心，使用的是同一種冷卻液。

與發動機主循環不同，取暖循環不受節溫器的控制，只要打開暖氣，取暖循環就開始進行，不管冷卻液是冷還是熱。取暖循環的這一特點，很容易造成熱能損失：一是在發動機出現過熱時，不但不能立即熄火，反而應該打開車窗，將暖氣開至最大，才能迅速降低發動機機體溫度。二是冬季冷車啟動時，司乘人員更冷，此時打開暖氣，暖氣循環也會延長發動機預熱時間。第三，取暖循環的本質也是冷卻循環，50%以上的暖氣循環時間是不需要冷卻風扇及水泵滿負荷運轉的。

綜上所述，冷卻風扇和水泵的智能控制技術是發動機排放升級的又一重點。專用汽車車載智能控制系統設計，應根據自身負荷特點，采用不同類型的電子控制離合器等熱能管理方案，代替傳統的機械離合器技術，降低冷卻系統的功率消耗，使發動機在理想的溫度下工作，取得最佳的節能減排效果。

1.3 尿素之訴

從現有車輛管理體制來看：油耗管“嘴”，排放管“尾”，節能減排，兩全其美。然而，現實情況，事與愿違。假冒低碳柴油車就令人深思。

相對汽油車，柴油車尾氣中NOx較多，而COx相對較低。因此，柴油車除了安裝EGR及微粒過濾裝置外，還要采取必要的煙氣脫硝技術。目前有選擇性催化還原、非選擇性催化還原、選擇性非催化還原、吸附還原催化劑、四效催化劑等煙氣脫硝方法。其中，運用最廣的是SCR(Selecte Catalytic Reduction，選擇性催化還原器)。SCR在貴金屬催化劑的作用下，噴射尿素溶液(NH3)還原劑，“有選擇性”地優先與煙氣中的NOx發生還原反應并生成無毒的惰性氣體N2和H2O蒸汽，而不和煙氣中的氧進行氧化反應。

車用尿素溶液是農用尿素提純后形成的淡藍色溶液，歐洲稱之為Adbule，北美則稱為Diesel Exhaust Fluid(縮寫為DEF)，中文直譯為“柴油機排放處理液”。大量國產冒牌低碳車，干脆不裝尿素箱，公開放棄這個選擇性催化還原器，讓NO、NO2等致癌物大行其道、任意發揮。國外冒牌低碳車，則更加隱蔽。全球最大的汽車生產商——德國大眾就曾曝出利用“作弊”軟件通過美國尾氣排放檢測的丑聞。

此外，尿素溶液用完就需要添加，增加了行駛成本，在環境溫度低于-11℃時，尿素水溶液會結冰，要通過加熱措施來解決，而噴射尿素處理尾氣對汽車動力性能也有一定影響。如此麻煩又費錢，減排減碳，任重道遠。

2 無排無碳

第二類低碳技術是目標更直接的無碳技術，如核能、太陽能、風能、生物質能等可再生能源技術。專用汽車領域則是以“零排放”為目標的新能源汽車技術。特別是電動汽車，其技術推廣范圍已經從最初的公共交通領域，擴大到現在的物流、快遞等專用汽車領域。

2.1 電樁之裝

電動汽車普及的首要問題就是解決充電難題。雖然在國家層面上規定了充電接口標準，但是目前的這些推薦性行業標準，僅規定了插座、接口等比較初級的要求，電壓、功率等關鍵技術參數并沒有統一。還有一些參數的定義模糊，標準劃定的數據“區間”內并不能實現不同充電樁的交換使用。已建成的充電樁如果不能實現調試兼容，仍會造成資源浪費。能否讓目前市場占有率高的充電樁成為標準基礎，值得主管部門研究和思考。

另據透露，英國政府已經開始研發公路無線充電技術，希望未來電動車及混合動力汽車在英國的主要街道上行駛時，不需要重新充電就可以獲得更遠的行駛里程。此前，高通公司的Halo無線充電技術曾經運用于電動方程式比賽，而韓國已經開始在特定無線充電路面上使用電動巴士。

2.2 陽光之廣

有統計顯示，太陽每小時照射到地球上的能量能夠滿足人類1年的生產生活所需。太陽能能源用于汽車驅動，前景廣闊。太陽能發電系統主要由太陽能電池模塊、充電放電裝置及儲能蓄電設備組成，通過太陽能電池模塊的光電能量轉換，實現發電供電和儲能供能功能。

按照應用太陽能的程度不同，太陽能驅動汽車，又可分為如下3種形式：一是完全用太陽能為驅動力，這是幾代汽車工作者的夢想。二是采用太陽能和其它能量混合驅動的汽車。與全用蓄電池的車相比，其容量可減少一半，既減輕了汽車質量，又解決了太陽能汽車的續航里程不足的局限性問題，但此時的太陽能發電系統，只是汽車動力的一種輔助裝置。三是專門到太陽能發電站充電的電動汽車，體現了一種綠色零碳的消費理念。

2.3 空氣之奇

在層出不窮的低碳概念車型中，壓縮空氣發動機裝備的氣動汽車形象最酷最“帥”。壓縮空氣發動機是利用高壓壓縮空氣工作,將高壓空氣中儲存的壓縮能轉換其它的機械能的一種動力裝置。國內外研究的壓縮空氣發動機主要有往復式、葉片式、旋轉式3種結構形式。此外，以液態氮氣、液態空氣吸熱后膨脹做功為動力的發動機也屬于壓縮空氣發動機的范疇。

壓縮空氣發動機排放出來的尾氣比空氣還干凈，是真正意義上的“零排放”發動機。同時，給氣動汽車充氣快速方便，比燃油車加油干凈環保，比電動車充電迅速快捷。但是，氣動汽車氣路多，氣壓控制特繁瑣：往復活塞式壓縮空氣發動機的特點是，活塞與氣缸之間的摩擦運動是動摩擦，對兩者之間的密封十分不利，所以在實際運用中，因為氣缸漏氣比較嚴重，而使發動機的機械效率普遍不足80%；而葉片式壓縮空氣發動機因為轉子、定子、葉片之間接觸面積相對較大，葉片與定子之間的頻繁摩擦不僅造成發動機葉片的快速磨損和高壓氣體的大量泄漏，還容易形成不容忽視的噪聲污染；偏心旋轉式壓縮空氣發動機依靠兩個以上氣室依次輪流膨脹推動轉子旋轉，能夠連續輸出相對穩定的轉矩，摩擦力相對較小，但在氣室工作及換氣期間的空氣泄漏問題仍然比較嚴重。

事實上，法國、印度、澳大利亞以及中國的不止一家研究機構已經利用壓縮空氣動力技術試制成功了公交車、出租車、家庭用車和小型貨車。隨著降壓節流、熱力循環及高溫密封技術的進一步發展，隨著耐高壓儲氣罐制造工藝的不斷創新，特別是風電、核電、潮汐電等綠色電力比重的持續提高，由電網電力進行次能量轉換，又以壓縮空氣作動力的氣動汽車大眾化的日子已經為期不遠了。

3 去碳除碳

第三類就是治標又治本的去碳技術，CO2捕獲與埋存(caborn capture and storage ，簡稱CCS)技術，將化石燃料能量轉換過程或工業工程中產生的CO2用物理或化學工程捕獲，然后輸送并長期存放在如枯竭的天然氣氣層或深部咸水層等。CCS是解決全球氣候變暖最具發展前景的解決方案之一。

依托于該項技術，一家名為“碳工程”的高科技企業在加拿大西部小鎮斯闊米什的一家試點工廠正式運行。這家公司正在研究如何利用巨型風扇從空氣中提取碳并制成可供飛機、汽車使用的燃料。一旦成功，這種方法不僅解決了碳排放過多的問題，還開啟了碳能源時代的大門。