一種新型的卡車停靠站即將來到亞特蘭大。清潔能源燃料公司的基礎設施副總裁格雷格·羅奇目前正在考察地點,以便在今年年底前為長途卡車建造該公司位於加利福尼亞的天然氣加氣站。隨著水力壓裂技術在美國釋放出越來越多的天然氣,這種替代燃料突然比石油製造的燃料便宜得多。
羅奇指出:“由於美國頁岩氣透過水力壓裂開發繁榮所帶來的天然氣燃料歷史低價,卡車司機改用天然氣後可以節省三分之一的能源支出。”“這對環境也有好處,因為它是大型卡車可用的最清潔燃料。”
清潔能源燃料公司已經運營著六個加氣站,為在全國高速公路上行駛的大型卡車提供液化天然氣 (LNG),從聖地亞哥到俄亥俄州塞維利亞都有。液化天然氣加氣站可以透過其高而細的儲料倉來區分——這些儲料倉能夠在低溫和高壓下儲存多達 68,000 升燃料。液化天然氣像柴油燃料一樣從大型液化工廠用卡車運來,然後為卡車提供數百公里的動力。位於加利福尼亞州長灘港的這樣一個站點每天已經可以處理 1,200 輛卡車。
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巴拉克·奧巴馬總統在北卡羅來納州一家戴姆勒卡車工廠3 月 7 日的演講中宣佈了他的政府擴大替代車輛的努力時說:“您在此工廠製造的卡車使用天然氣,這使得它們更安靜,對環境更好,而且加註燃料也更便宜。”“但最終,如果沒有給它們充電或加註燃料的地方,您擁有多少天然氣或混合動力或電動汽車都無關緊要。”
這正是清潔能源燃料公司希望透過“美國天然氣高速公路”解決的問題,該專案旨在像羅奇所說的那樣,以每個站點 120 萬美元或更高的成本,建造 150 多個從“海岸到海岸、從邊界到邊界”的燃料站。“競爭是為了讓人們繼續做他們一直在做的事情,並繼續使用昂貴的外國石油。”
本地壓縮
使用柴油燃料的大型鑽機在加油站之間大約可以行駛 1,900 公里。液化天然氣是唯一能夠接近這種行駛範圍的另一種燃料,使卡車司機能夠在加油前行駛 1,200 多公里。根據柴油的成本,改用天然氣每加侖燃料最多可節省 2 美元。這意味著,天然氣卡車額外約 30,000 美元的成本可以在兩年或更短的時間內收回(假設卡車每年行駛超過 95,000 公里)。
目前,雖然戴姆勒卡車工廠已經制造了 1,000 多輛天然氣燃料卡車,但主要卡車製造商的發動機選擇有限。物理學家尼古拉斯·齊澤克認為:“製造天然氣發動機並不那麼困難”,他是高階研究專案署 - 能源部 (ARPA-E) 的研究員,曾參與其“車輛能源甲烷機會”專案,或 MOVE 專案。
事實上,各種型別的天然氣汽車在阿根廷、印度和義大利等國家已經很受歡迎。全世界共有 1,300 多萬輛天然氣汽車在路上行駛。各國政府通常使用汽油稅來促進替代燃料的使用。這種想法是,天然氣因為比其他液體燃料燃燒更清潔,排放的二氧化碳更少,所以減少了總體溫室氣體排放和其他空氣汙染。事實上,阿貢國家實驗室估計,天然氣汽車排放的二氧化碳比使用汽油的汽車少 40% (pdf)。但是,甲烷是天然氣中的主要分子,它本身是一種強大的溫室氣體,一些研究發現,如果在天然氣的鑽探、管道或加註燃料過程中洩漏大量未燃燒的甲烷,那麼其排放效益可能會降至零。
在美國,天然氣的使用主要侷限於大型機構車隊,無論是公共汽車還是垃圾車,它們都在晚上返回當地的倉庫加油。車隊車輛通常使用壓縮天然氣 (CNG) 加油,壓縮天然氣包含相同的甲烷分子,但以較低壓力儲存,從而導致燃料密度較低。燃燒壓縮氣體有助於減少這些車輛的汙染,而清潔能源燃料公司已經在全國運營著近 300 個壓縮天然氣加氣站。
但是,壓縮天然氣不適用於大型鑽機。美國能源部車輛技術專案經理、化學工程師帕特里克·戴維斯解釋說:“這是一個簡單的物理問題”,該部門還包括 ARPA-E。“你不能在卡車上裝載足夠的壓縮天然氣。除了燃料密度之外,必須使用液化天然氣。長途運輸需要它。”
美國製造
為了讓美國擺脫每天花費約 10 億美元進口石油的局面,能源部正在資助各種開發天然氣替代燃料的努力。總部位於邁阿密的初創公司車輛生產集團還獲得了能源貸款擔保,用於生產其使用壓縮天然氣的小型貨車,該小型貨車的發動機由福特製造。就其本身而言,MOVE 目前正在收集申請,以獲取 3000 萬美元的資金,用於探索在低壓和高壓下更好地儲存天然氣的方法,以及創造負擔得起的家庭加油技術的機會,這可能使天然氣成為美國人每天駕駛的汽車和卡車的燃料。其想法是找到可以像海綿一樣吸收甲烷並在低壓下儲存的材料,或者建造更好(且更便宜)的高壓儲罐。
當然,天然氣本身保持低廉的主要原因之一是,目前在美國使用天然氣的選擇有限。要麼必須在發電廠燃燒以發電,要麼在化工和化肥行業中使用。聯邦政府已經批准了出口液化天然氣的計劃以及開始在車輛中使用,這兩者最終都會推高其價格,從而使其作為能源替代品的經濟吸引力降低。
但是,如果美國能夠開發出更好地在車輛中使用天然氣的技術,那麼該國既可以減少貿易逆差,又可以為未來找到競爭優勢。“如果我們可以這裡開發出強大的技術,併為我們的國內市場開發它們,那麼我們可以將它們出口到其他地方,”齊澤克認為。
液化天然氣只是將氣體分子轉化為液體燃料的方法之一。齊澤克在談到不需要加壓並且可以直接替代石油衍生汽油、柴油或航空燃料的替代燃料時指出:“如果我們能將其轉化為直接替代液體燃料,那也將是一個很好的解決方案。” “這是我們正在研究的事情。”
這將是美國最大的石油單一使用者的解決方案:美國國防部。海軍部長雷·馬布斯 3 月 20 日在彭博新能源財經峰會上說:“天然氣不適合我們”,因為它需要改造軍隊的許多發動機。“我們需要直接替代燃料。”
從柴油到液化天然氣,這種能源轉型的發生也需要時間,這需要建設加油基礎設施、新車輛和將天然氣轉化為液體燃料的新工廠。美國能源部的戴維斯指出:“我不知道目前有什麼液化天然氣發動機產品能夠完全發揮柴油發動機產品的效能,讓一輛裝載的8 級卡車能夠像柴油一樣翻越落基山脈。” “這需要相當長的時間,但我們相信對液化天然氣技術的投資可以在利用國內能源和減少我們對外國石油的依賴方面產生巨大的好處。”
發動機製造商(如 Navistar)已經承諾到 2013 年中期提供全系列天然氣燃燒發動機,功率高達 450 馬力。大型卡車車隊的所有者也開始進行轉換,從現在幾乎只購買天然氣動力卡車的廢物管理公司到包裹遞送公司。作為其減少公司每年 600 萬升石油使用量的努力的一部分,聯邦快遞計劃在今年夏天讓其第一輛長途運輸卡車原型上路燃燒液化天然氣。
當涉及個人汽車市場時,任何天然氣汽車都必須與電動汽車(如雪佛蘭 Volt)競爭,但這兩種替代燃料選項可能比人們想象的更相似。在 3 月 21 日的彭博峰會上,USRG 可再生金融公司的管理合夥人埃德溫·費奧指出:“電動汽車是一種天然氣汽車。” “它只是先轉變成了電。”
與此同時,清潔能源公司計劃與合作伙伴共同投資約 4.5 億美元,用於建設其150個天然氣加氣站網路,其中包括亞特蘭大的兩個。佐治亞州還將在道爾頓和蒂夫頓設立天然氣加氣站。“我們將在州際公路上的卡車停靠站設立加氣站,”羅奇說,並指出該公司還在加利福尼亞州和德克薩斯州擁有兩家工廠,每天可生產約 130 萬升液化天然氣。“我們的目標是讓[卡車司機]獲得與使用柴油燃料相同的體驗。”