На этой неделе эксперты авиационной отрасли присоединятся к ведущим исследователям в области энергетики страны, чтобы обсудить стратегии более чистого воздушного транспорта, который сделает страну менее зависимой от традиционных ископаемых видов топлива и замедлит изменение климата.
Их обмен общими идеями представляет собой лишь часть решений, которые ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США (DOE) изучают в гонке по сокращению выбросов в некоторых транспортных секторах, которые создают самые большие проблемы.
На самолеты приходится более 8% всех выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с транспортом в США, в то время как корабли и поезда производят менее 2% этих выбросов. Даже в этом случае одно судно-контейнеровоз может выбрасывать столько же углекислого газа, сколько 75 000 автомобилей, и столько же оксида азота и твердых частиц, сколько 2,5 миллиона автомобилей. Транспортные средства большой грузоподъемности, используемые для трансконтинентальных грузовых перевозок, производят 23% выбросов парниковых газов в стране.
Требования к весу, мощности и рабочему циклу этих видов транспорта, которые совместно несут ответственность почти за все перевозки грузов, делают их крайне сложными для электрификации. В то же время страна может достичь целей в области изменения климата только при резком сокращении их выбросов. Исследователи NREL работают с партнерами, в том числе с теми, кто представлен на Форуме партнеров лаборатории, чтобы решить эти проблемы с помощью доступных и высокопроизводительных инноваций в области топлива и сжигания, предназначенных для уменьшения углеродного следа при одновременном укреплении национальной энергетической безопасности и устойчивости цепочки поставок.
«С одной стороны, мы наблюдаем относительно быстрый переход на электромобили. Однако практически устранить выбросы углерода в авиационном, морском и большегрузном секторах, которые будут по-прежнему полагаться на жидкое топливо , сложнее», — сказал NREL. Старший научный сотрудник и менеджер группы по топливу и сжиганию Джина Фиорони. «Наша команда работает над тем, чтобы новые виды топлива из экологически чистых источников сгорали чище, сохраняя при этом движение товаров и людей».
Исследования показывают, как топливо на биологической основе может сократить выбросы парниковых газов
Недавние достижения в области NREL позволяют сократить выбросы парниковых газов дизельными грузовиками и самолетами на 60–84 % соответственно. Лаборатория изучает варианты, которые могут обеспечить аналогичное сокращение выбросов для поездов и морских судов.
На сегодняшний день сырье на биологической основе, включая остатки древесной биомассы, сельскохозяйственные отходы, водоросли и твердые бытовые отходы, демонстрирует перспективность использования в качестве возобновляемых источников для производства этих новых видов топлива. Исследователи NREL оценивают возможные виды топлива по эффективности, производительности и стабильности, а также по технико-экономическим факторам, включая производственные затраты и цепочки поставок сырья.
Многолетнее научное лидерство NREL привело к важным открытиям о том, как свойства топлива влияют на работу двигателя. В сочетании с пониманием лабораторией отраслевых приоритетов, а также расширенными возможностями моделирования и машинного обучения, этот опыт дает представление, необходимое для быстрой разработки жизнеспособных на рынке экологически чистых видов топлива для дальнемагистральных грузовых автомобилей, железнодорожного, морского и авиационного секторов. Исследования лаборатории связывают точки между свойствами топлива, молекулярной структурой и механикой двигателя, предоставляя промышленности важную информацию для разработки целевых конструкций для конкретных применений.
Выявление надежных, эффективных видов топлива с небольшим углеродным следом и потенциалом для промышленного производства зависит от глубокого понимания того, как свойства топлива влияют на сгорание двигателя. Инновационное сочетание измерений свойств топлива, химических моделей на молекулярном уровне и высокопроизводительного компьютерного моделирования позволяет исследователям NREL находить лучшие чистые, эффективные и конкурентоспособные по стоимости решения для каждого режима.
Моделирование сводит к минимуму время и затраты на оценку характеристик топлива
Производство большого количества авиационного топлива, необходимого для получения одобрения от органа по отраслевым стандартам ASTM International, является особенно дорогостоящим. С помощью моделирования исследователи могут точно оценить характеристики топлива за часы или минуты, вместо того чтобы полагаться на дорогостоящие оценки на основе оборудования, на которые могут уйти месяцы. Команда NREL может быстро оценить взаимодействие топлива с современными газотурбинными двигателями самолетов и дизельными двигателями для локомотивов, кораблей и грузовиков, а также изучить, как новые виды топлива могут работать с технологиями двигателей следующего поколения завтрашнего дня.
«Нам повезло работать с таким количеством замечательных партнеров — от производителей оборудования до операторов, отраслевых ассоциаций, других исследовательских институтов и органов по сертификации», — сказал старший научный сотрудник NREL и руководитель группы Advanced Biofuels Роберт Маккормик. «Они ясно дали понять, насколько сложным, трудоемким и рискованным является вывод на рынок новых видов топлива. Работа нашей команды учитывает эти соображения с целью скорейшего вывода на рынок жизнеспособных новых, более качественных видов топлива».
Команда NREL имеет давние отношения с такими организациями, как ASTM, UL и Международная организация по стандартизации, которые несут ответственность за установление отраслевых стандартов и методов. Исследователи также тесно сотрудничают с партнерами, которые производят и эксплуатируют автомобильную, авиационную, железнодорожную, строительную, горнодобывающую, военную и сельскохозяйственную технику, а также с компаниями, производящими топливо и инфраструктурное оборудование.
Кроме того, лаборатория продолжает переход к полной электрификации автомобилей малой и средней грузоподъемности с промежуточными стратегиями максимального использования биотоплива. Одновременно исследователи NREL работают над повышением производительности и безопасности аккумуляторов для электромобилей.
«Использование экологически чистого топлива с низким содержанием углерода — это лишь одна из стратегий, необходимых для достижения нулевого уровня выбросов в авиации и других видах транспорта», — сказал Фиорони. «Это не только поможет в борьбе с изменением климата, но также приведет к укреплению системы грузоперевозок, обеспечению важнейших поставок промышленности и потребителям, а также доставке необходимых нам продуктов по всей стране и по всему миру».
Теги: экология, энергия
