从新鲜空气中获取燃料?苏黎世联邦理工大学的这个原型机已经制造出来了
随着欧洲议会正式批准了从2035年起销售的新车的二氧化碳排放量减少100%的规定——与英国政府和加州已经采取的立场一致——内燃机的前景似乎非常不容乐观。但是，随着制造和充电价格合理的电动汽车所面临的挑战变得越来越清晰，开发电子燃料的势头越来越大，这种燃料可以利用现有的基础设施，甚至使现有的汽车实现碳中和。
欧盟的零碳排放计划目前不包括摩托车(尽管英国政府希望在2035年的禁令中包括摩托车)，并规定小型汽车制造商每年生产1万辆汽车，以达到更宽容的目标，但很明显，重点是电气化。然而，如果制造商能够证明他们提供了真正的碳中和替代品，并且氢燃料内燃机将达到“零碳排放”的目标，那么根据新规定，合成电子燃料仍有可能被允许，并将于2026年进行重新评估。事实上，越来越多的公司认识到内燃机可能是一种可行的、环保的、不会导致全球变暖的解决方案。
虽然一些汽车制造商，如大众，正致力于全电动的未来，摩托车公司越来越多地寻求合成电子燃料提供的解决方案。MotoGP承诺到2027年使用100%的合成燃料，完全不含化石元素，并从2024年开始转向40%的电子燃料组合。杜卡迪在开发电动自行车的同时，也热衷于碳中性的电子燃料。尽管KTM在电动自行车方面有着悠久的历史，但它也有同样的立场，认为电动是250cc以下摩托车的可行替代品，但更大、更长的续航里程和更高性能的车型更适合使用电动内燃机。宝马投资了合成燃料公司普罗米修斯。
虽然以乙醇为基础的生物燃料，由农作物、生物废物甚至藻类制成，可以实现碳中和的目标——即它们在生长过程中吸收的二氧化碳与燃烧时释放的二氧化碳一样多——但通过化学结合氢和碳来制造一种“即插即用”的汽油替代品的合成电子燃料，是一个更诱人的前景。
杰米·特纳是阿卜杜拉国王科技大学机械工程学教授，他拥有数十年的内燃机设计经验。他曾在莲花汽车担任动力总成研究总工程师，在捷豹路虎担任汽油发动机研究和技术经理。他认为，在绿色交通方面，内燃机可以成为解决方案，而不是问题。
在解释电子燃料时，他说:用二氧化碳和氢气合成任何含碳氢化合物的东西都是完全可能的。你只需要合适的催化剂。它实际上是一种非常常用的制造甲醇的方法。二氧化碳和氢气的混合物被称为合成气——合成气——它被广泛应用于石化行业。
“在未来，当我们有了氢——因为我们将需要氢经济，或者不管它是什么——并且我们有了提取二氧化碳的方法，那么理论上你可以把它们合成在一起。在第一个例子中，你可能会生成甲醇。通过这个过程很容易制造，作为液体能量载体。然后你可以用它合成纯碳氢化合物，因为甲醇也含有氧，或者你可以把二氧化碳和氢放入一个更大的过程中，叫做费托法，制造喷气燃料，柴油，汽油，任何你想要的。只要所有的能源输入都是可再生的，那么就大气而言，你就得到了一种完全碳中性的燃料。”
西门子(Siemens)与保时捷(Porsche)在智利建立了一家电子燃料工厂
当然，这一切都依赖于能够以不损害环境的方式确保二氧化碳和氢气的供应，但特纳解释说，这是完全可能的。
”每个人都认为非常科幻的一点是“你从哪里得到二氧化碳?”’”他说，“最清洁的方法是从大气中提取。我们知道，那里有很多。这些过程实际上已经被很好地理解了很多年。这就是你在核潜艇上维持生命的方式:他们必须从大气中提取二氧化碳。从大气中，这有点挑战性，因为在潜艇上，他们让二氧化碳的水平上升，使它变得更容易，但人们已经证明，他们可以从大气浓度的二氧化碳中做到这一点，已经很长时间了。一家名为Climeworks的瑞士公司已经开始商业化生产了。我们从空气中提取二氧化碳，从电解水中提取氢气，这些都是使用可再生能源。把它们放在一起就可以合成碳氢化合物了。”
这样做的试验性工厂已经存在。西门子和保时捷在智利建立了Haru Oni电子燃料工厂。奥迪正在开发电动燃料。在英国，零石油公司(Zero Petroleum)承诺到2027年生产出碳中和的合成燃料。博世计算出，在使用寿命内，使用合成燃料的混合动力汽车比同等的全电动汽车更便宜。
这些合成燃料工厂的好处是，它们可以建在绿色能源丰富的地方。特纳解释说:“你可以把这些工厂建在世界上任何有很多可再生能源的地方，比如炎热的沙漠。通常，从沙漠中获取能量是很困难的。你不能用电来做因为它们通常离你想要消耗能量的地方太远了。想想撒哈拉沙漠或沙特阿拉伯中部，或澳大利亚的大部分地区——世界上任何一个非常炎热的沙漠——你可以合成碳氢化合物并运输它，而不是试图以电力的形式获得能量。”
这也有社会效益，因为许多沙漠地区——建立太阳能合成燃料工厂的理想地点——都很贫穷。它们有太多的阳光和热量，抑制了作物的生长，但这正是我们所需要的。
“你可以帮助一些国家摆脱贫困，”特纳说，“因为一旦你建造了工厂，在操作层面上，他们是免费的。阳光是免费的。空气是免费的。水可能有点问题，但如果你有海岸线，水基本上是免费的。你所生产的是以液体燃料的形式生产的具有很高附加值的东西。”
位于智利的Haru Oni合成燃料试验工厂将于2023年3月完工。到本十年末，智利的电子燃料产量预计将达到每年5.5亿升。
不可避免地会有批评。有些人会说，虽然从更广泛的气候角度来看，合成燃料可能是碳中和的，但燃烧它们的内燃机仍会产生局部排放。另一些人则指出，即使内燃机是碳中和的，它们仍会产生氮氧化物和微粒排放。然而，电子燃料的好处是很难低估的，正如特纳指出的那样，这是一项技术有他说:“这种方法是使航空脱碳的唯一实用方法。人们正在研究液氢，这可能是一个地方，他们正在研究短途飞机的电气化，但你不可能很快乘坐电动飞机飞往美国。”
电动汽车也有自己的问题，而这些问题可能更难克服。
特纳解释说:“问问你自己:我们有什么问题?问题是，我们使用的燃料是化石燃料，我们正在向大气中释放二氧化碳。每个人似乎都认为唯一可行的解决方案是将能源分配系统完全转变为电力，就交通运输而言，我们没有基础设施。你必须开发新的采矿工艺，开发新的锂矿、钴矿和所有其他的矿——这些都是非常短缺的。你试图一下子改变一切，却没有看到真正的问题，那就是大气中的二氧化碳。如果你走电子燃料路线，你就解决了这个问题，而不是试图同时改变其他一切。我们无论如何都要为航空业做这件事，所以为什么不试着把它扩大到覆盖所有领域呢?”
人们经常对电子燃料提出的一个批评是效率问题，内燃机本身以及电子燃料的制造过程确实效率不高。特纳给出了相关数据:“如果你把你的主要资源看作是可再生能源，那么当你使用我们目前可用的传统技术通过电子燃料将能量输送到汽车的车轮上时，它的效率约为5%至10%。这是不好的。其中很大一部分原因是发动机的效率不高，大约只有20-22%的效率，所以你投入的所有能量中，有一大部分都损失了。合成过程非常好——就甲醇中所含的能量而言，电能转化为甲醇的效率约为50%，而这一过程所消耗的能量，包括二氧化碳的提取。实际上，最糟糕的是电解水来得到氢——水分子非常稳定，要打破它需要很多能量。使用这种方法制造甲醇所需的总能量中，大约80%是用于获得氢，另外20%是使其易于作为液体分子储存的开销。基本上，如果你要实现氢经济，你需要大量的能源，而在此基础上制造甲醇只会稍微多一点能源。”
然而，在世界上不适宜居住的地区建立电子燃料工厂的能力再次有所帮助。特纳说，覆盖撒哈拉沙漠不到1%的太阳能电池板就能提供能量来合成电子燃料，足以满足欧洲所有的交通需求。特纳说:“如果你看看每天进入世界的太阳能总量，你就会发现，我们每天消耗的能量是我们日常生活所需能量的1800多倍。”
“你不能以效率为由拒绝使用电子燃料，因为我们并不缺乏能源，更重要的是，它给了我们灵活性，让我们可以去那些仅仅用于发电的地方获取能源。”
川崎的原型氢燃料发动机是基于H2的增压四缸发动机
电子燃料的关键元素之一是氢，氢本身也是内燃机的潜在生命线。
我们已经看到包括雅马哈和川崎在内的大公司正在开发氢燃料内燃机。前者最近为丰田(一直是雅马哈的亲密合作伙伴)开发了氢动力V8发动机，而川崎则一直致力于氢燃料增压H2四缸发动机的开发。也有一些小的努力，包括澳大利亚的盐摩托车，他们正在开发一款1200cc的氢燃料V8自行车(盐摩托车的老板布兰登·詹姆斯也经营着氢气生产公司LINE hydrogen)。
虽然氢并不是汽油的替代品，而且要用于内燃机还需要专门为此开发，但内燃机仍然是将氢转化为动力的一种诱人的方式。
“氢燃烧引擎不会像燃料电池那样高效，”特纳说，“但它们在其他方面有明显的优势。一是它们的制造成本非常低。与其他技术——电池或燃料电池——相比，发动机真的很便宜，而且另一个优势是，氢燃烧发动机可以愉快地消耗氢气，同时含有相当多的微量分子，比如一氧化碳，这些分子会毒害燃料电池。因此，在让氢变得更清洁的同时，有氢发动机来推动氢基础设施向前发展，这是一种相当巧妙的灵活性。”
以氢为动力的川崎号将燃料装在可更换的燃料盒中，以解决换料问题
尽管近年来政客们一直坚定地支持电池电动汽车，而不是电子燃料汽车，但特纳表示，这种情况正在开始转变:“我开始看到一些现实主义的迹象。人们开始意识到，如果电气化不起作用，我们将把欧洲制造汽车的重工业冲走。即使我们实现电气化，就业人数也会大大减少，而且我们将从中国购买所有电池。”
此外，还存在“哈瓦那效应”的风险——人们买不起最新款的电池驱动汽车，只能努力让老式的燃油驱动汽车继续上路。它是以古巴的一种现象命名的，在卡斯特罗的共产主义革命之后，从西方进口汽车基本上是不可能的，这意味着几十年来，街道上到处都是20世纪40年代和50年代的汽车。电子燃料立即解决了这个问题，因为它允许现有的车辆，无论多么老旧，在排放方面都是碳中和的。
“电子燃料可以与我们现有的燃料混合，”特纳解释说，“你可以开始脱碳所有只要你把电子燃料放入分配系统。‘传统车队’的问题在于，它完全是由电池汽车留下的，如果我们不让它们使用的燃料脱碳，我们就会一直排放化石二氧化碳，如果燃料来自化石燃料的话。”
