碳中和目标下，德国汽车工业将走向何方？

自核电站在德国引发重大的民意分歧之后还没有话题像未来的机动车辆那样引起德国人的两极分化。为了实现巴黎气候协定制定的目标：到2030年，将二氧化碳的排放量在1990年的水平上减少40%，联邦政府提出了减少德国二氧化碳排放的全面行动计划。2019年12月欧盟委员会也通过了“绿色协议”。绿色协议的目标是到2050年使欧洲成为二氧化碳净排放量为零的第一大洲。

尽管人们的认识存在分歧，但所有人都一致认为可再生燃料应越来越多的替代化石燃料。这一认识也适用于交通运输领域。联邦政府2016年开始的执行的“2050气候保护计划”对交通运输行业提出的二氧化碳减排要求明显高于其他能源消耗领域。而在交通运输领域中轿车和机动摩托车所占比例最大，大约为76%。想要在这方面做点工作，有着很大的潜力。尽管地球上仍然蕴藏着大量的石油类资源，但它们的开采也变得越来越困难、价格也越来越昂贵。对许多矿藏而言，唯一有用的开采方法就是页岩油革命时开发的压裂工艺：将水、石英砂和化学物质的混合液高压压入地下的页岩层中，将页岩中含有的天然气或者页岩油释放出来。这一技术被视为有害环境的一种技术，因为它所使用的化学物质会污染地下水和土壤，而且从钻井井口中逸出的不受控甲烷气体对环境的危害比二氧化碳要大许多倍。

但如果没有化石燃料，交通运输又该如何发展呢？是电动汽车？使用合成燃料或者氢燃料电池的内燃机汽车？还是混合动力汽车？

许多人不知道的是：电动汽车绝不是我们这个时代的创新技术。早在19世纪中叶，欧洲和美洲的汽车制造商们就已经制造出来最早的电动汽车。在他们制造出电动汽车之前，1821年时 Michael Faraday先生就已经开发了第一款汽车的电力驱动系统，从1878年开始，Nikola Tesla公司的电气工程师们就已经开发出了许多电力驱动技术的新发明，成为电力驱动汽车领域中的先驱者。

混合动力的历史也非常久远了：当时的Ferdinand Porsche先生，也就是常说的保时捷，按照Lohner公司的合同开发了一辆电动汽车，配用了两台戴姆勒公司的内燃机，但因为笨重的电池影响了这款电动汽车的有效行驶里程，在汽车行驶时，这款电动汽车的两台单缸内燃机驱动着发动机发电，不断为蓄电池充电。结果：1901年巴黎车展时的混合动力续航里程已经达到了200公里。今天，这种将两种不同的驱动方式集成在一辆汽车中的混合动力驱动技术已经发展地更加成熟了，而且从中期发展的角度来看也是很有前途的。

19世纪20年代，以内燃机为驱动动力的汽车在很大程度上将电动汽车和混合动力汽车挤出了汽车市场。原因是汽油车的生产成本明显的低于电池驱动的汽车，因此消费者更愿意购买价廉物美的内燃机动力汽车。当时内燃机汽车的原料石油非常充足，因此油价也非常便宜。地底下的石油和天然气等化石燃料储备充足，人们只需提取出来、加以提炼就可以用了——这不算是“生产”。它们有着很高的能量密度——因此只需花很少的钱就可以走很远的路。这就是为什么化石燃料的能源利用效率只有50%左右但内燃机汽车仍然经久不衰的原因了。但有一点是可以肯定的：从长远发展的角度来看为保护气候和环境，实现碳中和的目标就必须不使用古生物化石形成的燃料。伍伯塔尔环境、气候和能源研究所，Prognos股份公司和生态技术研究所在“碳中和和德国”的研究报告中得出的结论是：到2035年我们在环境和气候保护方面的财政预算将用尽。到那时，能源行业都必须完成环保型能源企业的转型，必须在不释放二氧化碳的情况下生产钢铁，必须停止燃煤发电，行驶在公路上的车辆必须以电动汽车为主。现在，已经具备实现这些的技术前提条件了。

插电式混合动力 – 两全其美的解决方案
由于电池驱动的电动汽车的最大行驶里程通常都不足200公里、电池充电的时间也很长，因此电池驱动的电动汽车（简称为BEV）一直无法替代内燃机动力的汽车，尤其是在长途旅行中，但在市郊短途行驶和市内交通中，BEV则显示了自己的优势。某研究结果表明：驾车上下班、购物等等活动的所有车主中有80%的车辆行驶距离不足100公里。但偶然需要出远门时怎么办呢？这是目前困扰大多数德国人的一个问题，也是德国人害怕行驶里程不够而更愿意购买内燃机汽车的原因。

至少是从中期发展的角度来看，将电动汽车与内燃机汽车两者功能结合到一起的混合动力汽车是一个很好的解决方案。为了更好地贯彻落实混合动力解决方案，汽车生产厂家设计了全混合动力、轻混合动力和插电式混合动力等不同的混合动力驱动解决方案。在全混合动力方案中，电力驱动系统仅仅是短时间地支持内燃机工作并确保车辆有着更好的动态性能。这种混合动力车辆不能或者只能短暂地依靠纯电力驱动。轻混合动力的车辆不能纯粹用电力驱动，汽车启动时的电力支持只能降低车辆启动时的燃油消耗。混合动力车辆中的电动机可以在车辆制动时为电池充电。只有简称为PHEV的插电式混合动力车辆才能充分发挥电力驱动和内燃机两种动力系统的优势。

这也使得PHEV成为未来的概念型配置方式。其基本设想是：在短途行驶时，尤其是在市内行驶时使用纯电力驱动，在长距离行驶时，驾驶员可以像往常一样使用内燃机驱动。因此，PHEV可以解决大多数汽车消费者对行驶里程的担忧，并为他们提供了很好的了解电池驱动车辆的途径。如果PHEV的内燃机使用的是合成燃料，则它所产生的二氧化碳排放量与合成燃料动力车辆产生的相差无几，有着很好的碳中和效果。总而言之，PHEV不仅仅可以缓解气候问题、环保问题，而且还可以缓解汽车工业以及占汽车工业价值增值链80%的汽车供应商的经营状况。因为PHEV的驱动系及其零部件都保留不变。据统计：由于插电式混合动力车辆的结构更加复杂，因此可以将汽车工业领域中零部件的产量提高10%至15%。

PHEV的蓄电池容量比其他混合动力车辆的要大。而PHEV的最大特点则是可以由外部供电桩充电。PHEV既可以在旅途中用充电桩充电也可以在家里的车库中用家用插座充电。德国和欧洲已经全面开始充电桩布局的开发设计工作，未来，车主家中的分散式充电方式最具有可持续发展潜力，这要归功于家用光伏太阳能发电设备在PHEV充电时带来的成本效益。经常使用光伏太阳能发电系统为PHEV充电，可以很快地收回光伏太阳能发电设备的投资成本。

一般情况下，插电式混合动力车辆的行驶里程在40公里至80公里之间，80公里的行驶里程通常是很难实现的。但巴登-符腾堡州议会绿党议员Thomas Poreski先生则认为这还不够，他坚信：“如果PEHV插电式混合动力的研发设计和使用得当将会真正、快速、有效地在减少二氧化碳排放。”而要做出更大的贡献就必须首先提高插电式混合动力车辆的行驶里程。

Poreski先生将这种未来型的解决方案称之为远程PEHV插电式混合动力解决方案。他与Heilbronn大学驱动技术教授Hermann Koch- Gröber先生和德国最大的工会组织IG-Metall工会秘书Kai Burmeister先生合作，一起制定了一份远程PHEV应具有的技术特性的草案，指出了远程PHEV应具有更大的电池容量和更强劲的电力驱动。当车辆以较低的速度行驶时或者在车辆加速阶段基本上应实现电力驱动，而车辆以较高的速度连续行驶时则用内燃机提供动力。 通过这样的设计可以在混合动力行驶过程中真正降低燃油消耗。就中档轿车来讲，每百公里消耗的电力功率大约15千瓦时，减少燃油消耗1.5升。” Thomas Poreski 先生强调说道。他们三人坚信：“按照这一思路，我们的汽车工业就可以在未来的10年到15年内实现向绿色汽车和碳中和的过渡，并且能够确保汽车行业领域中的职工不会失业、满足劳资协议中的有关规定。”但是，政府必须提供适当的政策支持。

未来的电动汽车将使用最新开发的、体积更小、更轻和更加环保的电池作为动力源。现在，向着这一方向的科学研究已经取得了令人鼓舞的科研成果。Graz技术大学生物产品和造纸技术研究所的研究人员已经成功的开发出用香草醛制成的蓄电池电解液了，使汽车用蓄电池具有更好的环保性能。这一工艺技术可以替代诸如铅、镉等重金属或者诸如钴等稀土金属。可持续发展电池的设计、问世也可以将电池的容量提高到800千瓦时。而香草醛则是从木质素中生产出来的，木材中就含有丰富的木质素，是纸浆生产过程中产生的、迄今为止一直没有得到有效利用的废弃物。德国卡尔斯鲁尔技术学院也在研究木质素的利用。

不同的驱动技术方案
到目前为止有一点是非常清楚的：没有一种单一的技术可以取代内燃机。将来，并行的不同驱动技术方案可能会达到最佳的驱动效果。每一种技术都有着自己的优缺点，都会在具体应用中展现自己的长处和短处。将来也许会出现今天没有想到的、无法实现的全新解决方案。没有人能预测未来的科研人员、工程师们和技术人员会发明并使用哪些创新性技术、有什么样的创新可能性。但无论如何政治家们设定的只是气候保护需要达到的目标和气候保护目标特征，没有指定实现这些目标的技术。

来源：荣格-《国际金属加工商情》


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