随着制造商和终端用户希望减少对环境的影响，重型设备行业对替代燃料和可再生燃料的兴趣不断增加。
约翰迪尔电力系统(JDPS)全球营销支持经理Michael Lefebvre表示:“多年来，石油基燃料一直是行业标准，这主要是因为缺乏可接受的、具有成本效益和可靠的替代品。“然而，随着人们对可持续能源的兴趣日益浓厚，替代燃料正变得越来越广泛采用，也越来越容易获得。”
虽然氢等燃料仍处于测试阶段，但可再生柴油和丙烷等其他燃料已在各种能力下使用了数年，而且使用量和应用能力正在增加。
例如，丙烷教育与研究委员会(PERC)在2020年工作卡车展上宣布了一种能够使用丙烷的8级卡车发动机的开发。丙烷通常被认为是用于割草机或其他小型设备的燃料。但PERC和重型设备领域的制造商一直在努力增加这种燃料的应用。
调查所有的选择
大多数人都认为，没有一种技术或燃料来源能解决问题。因此，发动机制造商和原始设备制造商正在研究一系列广泛的选择，包括氢气、丙烷和天然气。例如，康明斯公司(Cummins Inc.)最近几个月宣布了在氢技术方面的进一步合作和投资。今年8月，该公司还获得了美国能源部(DOE)的两项奖励，用于开发氢燃料电池动力系统。此外，该公司还开发了电力解决方案，以及天然气和柴油发动机。
在CONEXPO-CON/AGG 2020期间，道依茨重点介绍了其各种动力解决方案，包括柴油、天然气、混合动力、电动和氢基技术。DEUTZ管理委员会成员Michael Wellenzohn表示:“从使用各种燃料的内燃机到混合动力和电力驱动，我们将自己视为开发合作伙伴和系统集成商。关于该公司出席展会的新闻稿．
替代燃料在罗尔斯·罗伊斯动力系统计划及其PS2030 -开创性解决方案公司战略的广泛背景下发挥着重要作用。罗尔斯·罗伊斯动力系统动力实验室副总裁Peter Riegger解释说:“该战略的总体目标是通过推动脱碳解决方案，为气候变化带来的日益严峻的挑战以及快速增长的社会对能源和交通的需求提供答案。”
PS2030战略由三大支柱组成:
- 加强和拓展核心业务，扩大电力系统的市场地位;
- 向完整解决方案提供商发展;
- 扩大生命周期服务。
Riegger说:“从发动机制造商向综合解决方案提供商的转变，重点是通过整合不同的可再生能源来实现气候中性和可持续解决方案:在实现净零排放的道路上，Power Systems对各种技术都持开放态度。”
这包括开发混合动力和全电动解决方案，以及对燃料电池和合成燃料的研究使用Power-to-X流程该公司旨在利用可再生能源制造燃料。该公司目前正在参与一些项目，研究从可再生能源中生产氢气和甲烷以生产合成燃料的潜力。
Riegger表示，与其他Power-to-X方法相比，发电转气过程中的甲烷具有许多优点，因为生产过程不那么复杂，效率显著提高，这对生产成本有积极的影响。另一个好处是，可再生能源的压缩甲烷或液态甲烷可以无故障地连续取代化石基天然气。这使得现有的天然气网络和应用程序仍然可以使用，而不需要进行昂贵和耗时的修改。
“首先，基于气体的技术已经得到很好的发展，并在数百万个应用中得到了应用。其次，现有的天然气网络和存储设施有广泛和高容量的基础设施，可以弥补可再生能源供应的波动，储存大量能源，吸收能源消耗峰值负荷。”Riegger说。“以可再生能源为动力的汽车，作为电动汽车的补充，可以为能源转型做出重大贡献。”
Power-to-X过程旨在从可再生资源中制造燃料。
劳斯莱斯动力系统
合成燃料提供可能性
合成燃料有时也被称为气体燃料，它是由合成气(一氧化碳和氢的混合物)制成的，合成气是由固体原料(如生物质、煤或改造后的天然气)气化产生的。
根据Riegger的说法，合成燃料是能源转型和可再生能源使用的决定性因素。他解释说:“Power-to-X燃料不仅可以取代化石燃料，还可以方便地储存和运输。”“有了这样的燃料，我们将能够在CO上提供推进和发电2中立的基础。这些燃料也是迫切需要的部门耦合的基本要素——除了加热和冷却之外，能源系统的各个部分(例如电力和流动性)之间的紧密互连。我们将以气候中和的方式，用可再生能源生产整个系统，以推进和能源为目的，包括燃料。”
博世还相信合成燃料是由可再生能源制造的将成为未来移动应用燃料组合的一部分。它说，有很多好处，包括在今天的基础设施和发动机中使用的能力，劳斯莱斯也指出了这一点。通过从可再生能源中制造燃料，它们比其他类型的燃料更符合气候要求。
合成燃料还可以用于各种应用，包括重型车辆和设备。Lefebvre说，合成燃料可以在约翰迪尔设备中使用，只要它们符合当前的燃料标准，如ASTM D975, EN 590或EN15940。
虽然合成燃料已经成为可能，但要使其成为市场上更可行的选择，还需要做很多工作。正如博世所指出的，制造燃料仍然是一个昂贵的过程。报告说，当产能扩大，可再生能源发电的成本下降时，这些燃料将变得更便宜。
博世表示，可再生合成燃料可以无限生产，而生物燃料或电力燃料的供应是有限的。
博世
利用现有的发动机技术
ClearFlame引擎技术公司目前正在开发一项技术，该技术可以适用于现有的柴油发动机平台，使脱碳燃料(如乙醇)或小分子合成燃料(如甲醇)的使用成为可能。ClearFlame engine Technologies首席执行官兼联合创始人BJ Johnson博士解释说，它允许发动机仍然在柴油发动机循环中运行，并保留发动机循环的所有性能和燃油经济性优势。“你可以在没有排放挑战的情况下保持性能，也不用担心石油柴油燃料的长期燃料成本和碳排放问题。”
ClearFlame Engine Technologies的联合创始人兼首席技术官Julie Blumreiter博士表示，对基础柴油发动机结构进行了一些修改，调整了热管理以创造高温环境。这使得清洁燃烧的燃料被用来点燃，就像它们是柴油燃料一样，以同样的混合控制方式。她说:“保持相同的燃烧方式和过程，使我们能够保持行业所依赖的柴油发动机的扭矩和功率。”
使柴油发动机平台适应clearflame引擎所需要的变化水平与目前丙烷或天然气发动机所做的相似。
ClearFlame引擎技术
还对空气燃料比进行了调整，从而能够使用简化的后处理。Blumreiter说:“我们可以使用三方催化来处理氮氧化物排放，而不是现在使用的SCR系统。”“这不仅可以大幅降低排放量，还可以降低成本，以满足下一代排放标准。”
ClearFlame将与发动机制造商和原始设备制造商合作，整合该技术。约翰逊说，所需的硬件更改相当简单，便于集成。他说，使柴油发动机平台适应clearflame引擎所需要的变化水平与目前丙烷或天然气发动机所需要的变化水平相似。“80% -90%的发动机部件保持不变，发动机缸体不会改变，”他说。使用液体燃料也简化了调整整个车辆所需的变化。
该公司最近收到了一份来自美国能源部小企业创新研究(SBIR)计划的第二阶段拨款这将有助于支持进一步的研究和开发工作。Johnson说ClearFlame目前是在康明斯X15发动机上演示该技术能源部的拨款将帮助推进这项示范工作，并将这项技术进一步推向最终产品。
柴油仍然有它的一席之地
尽管可供选择的燃料越来越多，“柴油仍有很长的寿命，”列菲伏尔说。
“即使电气化市场不断增长，柴油(以及柴油发动机)仍将发挥重要作用，”他继续说道。“非公路市场的需求将继续保持不变，这需要来自柴油的能量密度，而目前大多数替代燃料都无法提供。”
他说，一旦更小的应用程序可以用替代系统满足相同的性能要求，柴油的作用可能会发生变化。“然而，柴油很可能继续成为重型应用的主要能源。”
生物柴油和可再生柴油为客户提供了既能利用柴油的动力优势，又能减少排放的能力。
列菲弗尔说，在目前可供选择的各种替代燃料中，JDPS认为生物柴油和可再生柴油是可以集成到重型设备中的替代燃料。“目前，我们认为生物柴油和可再生柴油是重型非公路发动机最可行的柴油替代品。”
Lefebvre说，生物柴油和可再生柴油的最大优点是它们的可再生性，因为它们是由植物和食用油等材料制成的。他指出，纯生物柴油(B100)无毒、可生物降解，适合在敏感环境中使用。
使用生物柴油和可再生柴油还可以改善润滑性，零芳烃和最低硫。Lefebvre说，生物柴油还具有良好的能量平衡——1公斤燃料产生的能量与生产它所必需的能量之差为3.2:1。他解释说:“这意味着一加仑生物柴油为用户提供的能量是生产生物柴油所需能量的3.2倍，这一比例高于大多数替代燃料。”
Lefebvre还指出，可再生柴油是一种碳氢化合物燃料，就像石油柴油一样，所以它可以提供许多相同的好处。然而，与石油柴油相比，它的优势在于从油井到车轮的过程中温室气体(GHG)排放量更低。“约翰迪尔认识到生物燃料对其客户和环境的重要性，”他说。“从长期的经济角度，以及环境、能源安全和农村发展的角度来看，这是正确的做法。”
斯堪尼亚为澳大利亚的测试提供了一台16升发动机，该发动机使用的可再生柴油燃料由废塑料、旧汽车轮胎、农林废物以及生物固体制成(了解更多信息，21059837)。
斯堪尼亚AB
Riegger说，在不久的将来，柴油和燃气发动机可能不再是驱动和动力能源的唯一来源，但它们仍将作为先进系统技术的一部分发挥重要作用。正因为如此，他说内燃机仍然是公司业务的核心部分。
“电池的能量密度仍然比不上柴油燃料。因此，在短时间内，内燃机就会在许多应用中被淘汰是不现实的。“但正如我们所看到的，这并不意味着内燃机不能脱碳:由捕获的CO制成的合成燃料2利用可再生能源发电可能在这方面发挥显著作用。
“有了对环境和气候友好的合成Power-to-X燃料，内燃机的未来可能比许多人目前预期的更光明、更持久。我们将气候变化和随之而来的脱碳趋势视为我们MTU技术的机遇，并将继续为客户提供低排放、燃油消耗、性能和弹性方面的最佳解决方案。”
