绿色出行新动力：汽车动力总成的碳中和之路

减少交通部门的碳排放

随着气候变化的严重性和应对危机的重要性日益增加，它正在成为政策和文化的热门话题，特别是作为以二氧化碳（CO）为代表的温室气体（GHGs）的排放被指出是导致气候变化的原因，全球交通部门通过减少汽车中的二氧化碳来实现碳中和已成为一项紧迫的任务，因为汽车排放的温室气体总量处于全球的五分之一水平。总排放量 碳中和是指二氧化碳 (CO) 和甲烷 它是指在所有能源生产和消费过程中通过减少和进一步加工 (CH) 排放来消除净排放的 Vet Zero 状态。

在交通部门，正在努力通过应用各种技术来减少温室气体排放，并且正在集中精力分配在驾驶时不排放碳的电动汽车，通常是通过电气化。有一种方法，但是大致可分为电动化，即使用以电池的电能为主要动力的电机，以及碳中和燃料，即可以直接使用现有的内燃机。

电气化是通过将电能作为化学状态的能量充入电池来驱动电机的动力装置来实现的。氢电动汽车（FCEV），使用燃料电池驱动车辆。内燃机汽车采用碳中性燃料，不使用化石燃料，使用碳中性燃料，清洁合成燃料，用于现有车辆。理想的绿色交通供电场景示意图见图1）。

国际能源署发布的 Global EV Outook 预测，到 2030 年电动汽车供应率目标为 2.25 亿辆。美国交通运输市场，根据《2020 年度能源展望》，预计到 2050 年，使用电力的交通运输市场将低于 5%，呈现出相反的前景。汽车工业，德国以清洁液体燃料和电力为基础，分为两个场景（PL、edrive），呈现未来汽车工业的动力源场景。在德国能源署提出的 edrive 场景中，尽管是电动汽车主要分布的场景，但评估了在能量密度高的地区无法通过电气化进行电力转换，并预测了 P 比非常高。

图 1. 理想的绿色交通供电场景

用于碳中性燃料和碳中性

理想的交通部门路线图

为了减少碳排放，需要考虑市场的多样性和惯性，可见从能源安全的角度来看，保持动力源的多样性很重要（生命周期分析或评价）来判断生态友好性。电力技术的碳中和性能是通过温室气体排放的生命周期评估（CA）来判断的。定期评估是一种分析和评估的方法，不仅是二氧化碳的量运行过程中的排放，以及燃料的生产、排放和回收，以及车辆的生产过程和处置。

就电动汽车而言，需要使用可再生能源或核能发电来消除发电过程中的碳排放，还必须利用可再生能源动力水解制氢，实现真正的碳中和动力技术。发动机和燃料电池）也必须使用可再生能源发电。从同样的角度来看，使用可再生燃料进行碳中和显示出几乎不排放温室气体的性能。可再生能源主要有两种类型燃料。它可以分为碳中性燃料（eFue）和生物燃料（biofue），它们是通过可再生能源使用电力的清洁合成燃料。为了解释碳中性燃料，碳中性燃料的简要概念图<图2>显示

图 2 碳中和燃料的概念和碳中和过程

为了生产碳中性燃料 (E-fue)，捕获大气中的二氧化碳或发电和工业过程中产生的高浓度二氧化碳。合成碳氢燃料需要氢气。合成所需的氢气来自可再生能源。它使用环保电力通过水分解过程产生。在这个过程中产生的氢被归类为绿色氢，因为它只使用可再生能源。当车辆使用这种碳中和燃料运行时，二氧化碳会从车辆在运行过程中，但排放的二氧化碳被再次收集作为产生碳中和燃料的材料，捕获的二氧化碳与氢气合成再次产生碳。总之，碳中和燃料被归类为碳中和技术从生命周期分析的角度来看，因为二氧化碳是循环再循环的。生物燃料也是一个类似的过程，有一个过度的概念

当通过可再生能源提供环保电力高于能源需求时，这种理想的交通电力场景是可能的。可见这是一项重大任务。那么，以韩国为例，交通部门如何实现碳中和？通过对碳排放影响相对较低的核电发电，并产生低碳排放影响的电力。在驾驶电动汽车的同时生产和应用碳中性燃料有望成为最有效的解决方案短期内实现碳中和。在碳中和燃料的情况下，它是CCUS（Carbon Capture Utilzation and Storage）技术的一部分，在捕获碳和生产和利用碳中性燃料方面。如图3），展示了CCUS碳循环技术的概念图。

碳中性燃料不限于具有特定类型化学成分的燃料，但可以认为其主要优点是可以根据使用的地区和领域所需的燃料成分进行合成。特别是在这种情况下碳中性燃料，现有的化石燃料 与二氧化碳不同，由于可以合成不含芳烃 (PAH) 和二氧化碳的燃料，因此它具有减少有害废气的潜力并获得相对较高的热效率除了碳中和之外，主要原因是在需要高能量密度/功率密度的领域，通过能量密度相对较低的电池进行电气化无法实现碳中和。

交通部门的能源消耗占能源密度较高地区能源消耗的一半以上，考虑到这一点，高能量密度地区的碳中和并不是交通部门完全碳中和的必要条件。缺陷是可以预测的因此，可以看出，CCUS技术的一部分，可以合成和利用二氧化碳和氢气的碳中和燃料的技术开发和推广，是实现交通领域碳中和的必要条件。

图 3. CCUS 碳中和技术（碳循环技术）

碳中和运输动力用能源确保战略

因此，对能源进口的观点也需要考虑。《图4》同时标注了PL的代表燃料甲醇、氢和代表性锂离子电池单位体积的能量密度。

图 4. 按燃料类型划分的单位体积能量密度

考虑到这一点，在进口能量密度较高的应用碳中性燃料时，在运输和储存方面具有优势，特别是在碳中性燃料的情况下，可交易能源，以克服可再生能源的区域失衡问题。可以作为参考。例如，在使用太阳能的环保发电的情况下，位于赤道附近的韩国的供应率要高得多。考虑到这种区域不平衡，区域内的廉价环保电力可再生能源供应和接收相对容易的地方，将这种生态友好型能源转化为能量密度较高的形式并进行储存和运输，可以有效解决可再生能源的区域失衡问题。

此外，考虑到前景工业革命时代，难以供应碳中和电力，因此有必要在能源安全方面积极引领国际能源贸易体系，稳定能源供需。丰富的高能量密度液体合成应进口燃料（4-9 kWhL，如甲醇和氨）以满足能源需求。

根据最近公布的欧洲数据（ASTEC），当赤道地区以每千瓦时 0.02 欧元的发电成本发电时，可以通过运输高能量密度的液体燃料来弥补可再生能源发电的短缺对北半球先进国家作为这一类别的代表性国家，也应尽快建立能源国际贸易体系。

从能源安全的角度看碳中和燃料

此外，从能源供应多元化的角度来看，对碳中和燃料的投资作为能源安全的解决方案是有意义的，例如包含各种适销性的全球运输场景。能源安全的另一个教训可以从最近德克萨斯州的停电中吸取教训说明碳中和技术需要考虑各种能源波动因素和灾害情况，实现多样化。

此外，一种解决方案可能是开发碳中性燃料作为一种安全解决方案，以应对电池材料之间存在供应和价格不稳定的潜在问题，例如 Li、Co、Ni 等。

任何类型的动力发动机都可以实现碳中和，碳中和燃料的应用，可以在不使用现有内燃机的情况下实现碳中和。内燃机按原样使用。可以做到

在努力扩大可再生能源发电量和确保电动汽车的经济可行性的同时，短期内需要通过混合动力和高效率的内燃机汽车来减少碳排放，这些汽车占据了最大的市场份额. 支持的电动汽车和碳中和燃料发动机汽车的部署预计将是一个合适的场景。

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