一种新型的卡车停靠站即将来到亚特兰大。清洁能源燃料公司的基础设施副总裁格雷格·罗奇目前正在考察地点,以便在今年年底前为长途卡车建造该公司位于加利福尼亚的天然气加气站。随着水力压裂技术在美国释放出越来越多的天然气,这种替代燃料突然比石油制造的燃料便宜得多。
罗奇指出:“由于美国页岩气通过水力压裂开发繁荣所带来的天然气燃料历史低价,卡车司机改用天然气后可以节省三分之一的能源支出。”“这对环境也有好处,因为它是大型卡车可用的最清洁燃料。”
清洁能源燃料公司已经运营着六个加气站,为在全国高速公路上行驶的大型卡车提供液化天然气 (LNG),从圣地亚哥到俄亥俄州塞维利亚都有。液化天然气加气站可以通过其高而细的储料仓来区分——这些储料仓能够在低温和高压下储存多达 68,000 升燃料。液化天然气像柴油燃料一样从大型液化工厂用卡车运来,然后为卡车提供数百公里的动力。位于加利福尼亚州长滩港的这样一个站点每天已经可以处理 1,200 辆卡车。
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巴拉克·奥巴马总统在北卡罗来纳州一家戴姆勒卡车工厂3 月 7 日的演讲中宣布了他的政府扩大替代车辆的努力时说:“您在此工厂制造的卡车使用天然气,这使得它们更安静,对环境更好,而且加注燃料也更便宜。”“但最终,如果没有给它们充电或加注燃料的地方,您拥有多少天然气或混合动力或电动汽车都无关紧要。”
这正是清洁能源燃料公司希望通过“美国天然气高速公路”解决的问题,该项目旨在像罗奇所说的那样,以每个站点 120 万美元或更高的成本,建造 150 多个从“海岸到海岸、从边界到边界”的燃料站。“竞争是为了让人们继续做他们一直在做的事情,并继续使用昂贵的外国石油。”
本地压缩
使用柴油燃料的大型钻机在加油站之间大约可以行驶 1,900 公里。液化天然气是唯一能够接近这种行驶范围的另一种燃料,使卡车司机能够在加油前行驶 1,200 多公里。根据柴油的成本,改用天然气每加仑燃料最多可节省 2 美元。这意味着,天然气卡车额外约 30,000 美元的成本可以在两年或更短的时间内收回(假设卡车每年行驶超过 95,000 公里)。
目前,虽然戴姆勒卡车工厂已经制造了 1,000 多辆天然气燃料卡车,但主要卡车制造商的发动机选择有限。物理学家尼古拉斯·齐泽克认为:“制造天然气发动机并不那么困难”,他是高级研究项目署 - 能源部 (ARPA-E) 的研究员,曾参与其“车辆能源甲烷机会”项目,或 MOVE 项目。
事实上,各种类型的天然气汽车在阿根廷、印度和意大利等国家已经很受欢迎。全世界共有 1,300 多万辆天然气汽车在路上行驶。各国政府通常使用汽油税来促进替代燃料的使用。这种想法是,天然气因为比其他液体燃料燃烧更清洁,排放的二氧化碳更少,所以减少了总体温室气体排放和其他空气污染。事实上,阿贡国家实验室估计,天然气汽车排放的二氧化碳比使用汽油的汽车少 40% (pdf)。但是,甲烷是天然气中的主要分子,它本身是一种强大的温室气体,一些研究发现,如果在天然气的钻探、管道或加注燃料过程中泄漏大量未燃烧的甲烷,那么其排放效益可能会降至零。
在美国,天然气的使用主要局限于大型机构车队,无论是公共汽车还是垃圾车,它们都在晚上返回当地的仓库加油。车队车辆通常使用压缩天然气 (CNG) 加油,压缩天然气包含相同的甲烷分子,但以较低压力储存,从而导致燃料密度较低。燃烧压缩气体有助于减少这些车辆的污染,而清洁能源燃料公司已经在全国运营着近 300 个压缩天然气加气站。
但是,压缩天然气不适用于大型钻机。美国能源部车辆技术项目经理、化学工程师帕特里克·戴维斯解释说:“这是一个简单的物理问题”,该部门还包括 ARPA-E。“你不能在卡车上装载足够的压缩天然气。除了燃料密度之外,必须使用液化天然气。长途运输需要它。”
美国制造
为了让美国摆脱每天花费约 10 亿美元进口石油的局面,能源部正在资助各种开发天然气替代燃料的努力。总部位于迈阿密的初创公司车辆生产集团还获得了能源贷款担保,用于生产其使用压缩天然气的小型货车,该小型货车的发动机由福特制造。就其本身而言,MOVE 目前正在收集申请,以获取 3000 万美元的资金,用于探索在低压和高压下更好地储存天然气的方法,以及创造负担得起的家庭加油技术的机会,这可能使天然气成为美国人每天驾驶的汽车和卡车的燃料。其想法是找到可以像海绵一样吸收甲烷并在低压下储存的材料,或者建造更好(且更便宜)的高压储罐。
当然,天然气本身保持低廉的主要原因之一是,目前在美国使用天然气的选择有限。要么必须在发电厂燃烧以发电,要么在化工和化肥行业中使用。联邦政府已经批准了出口液化天然气的计划以及开始在车辆中使用,这两者最终都会推高其价格,从而使其作为能源替代品的经济吸引力降低。
但是,如果美国能够开发出更好地在车辆中使用天然气的技术,那么该国既可以减少贸易逆差,又可以为未来找到竞争优势。“如果我们可以这里开发出强大的技术,并为我们的国内市场开发它们,那么我们可以将它们出口到其他地方,”齐泽克认为。
液化天然气只是将气体分子转化为液体燃料的方法之一。齐泽克在谈到不需要加压并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时指出:“如果我们能将其转化为直接替代液体燃料,那也将是一个很好的解决方案。” “这是我们正在研究的事情。”
这将是美国最大的石油单一用户的解决方案:美国国防部。海军部长雷·马布斯 3 月 20 日在彭博新能源财经峰会上说:“天然气不适合我们”,因为它需要改造军队的许多发动机。“我们需要直接替代燃料。”
从柴油到液化天然气,这种能源转型的发生也需要时间,这需要建设加油基础设施、新车辆和将天然气转化为液体燃料的新工厂。美国能源部的戴维斯指出:“我不知道目前有什么液化天然气发动机产品能够完全发挥柴油发动机产品的性能,让一辆装载的8 级卡车能够像柴油一样翻越落基山脉。” “这需要相当长的时间,但我们相信对液化天然气技术的投资可以在利用国内能源和减少我们对外国石油的依赖方面产生巨大的好处。”
发动机制造商(如 Navistar)已经承诺到 2013 年中期提供全系列天然气燃烧发动机,功率高达 450 马力。大型卡车车队的所有者也开始进行转换,从现在几乎只购买天然气动力卡车的废物管理公司到包裹递送公司。作为其减少公司每年 600 万升石油使用量的努力的一部分,联邦快递计划在今年夏天让其第一辆长途运输卡车原型上路燃烧液化天然气。
当涉及个人汽车市场时,任何天然气汽车都必须与电动汽车(如雪佛兰 Volt)竞争,但这两种替代燃料选项可能比人们想象的更相似。在 3 月 21 日的彭博峰会上,USRG 可再生金融公司的管理合伙人埃德温·费奥指出:“电动汽车是一种天然气汽车。” “它只是先转变成了电。”
与此同时,清洁能源公司计划与合作伙伴共同投资约 4.5 亿美元,用于建设其150个天然气加气站网络,其中包括亚特兰大的两个。佐治亚州还将在道尔顿和蒂夫顿设立天然气加气站。“我们将在州际公路上的卡车停靠站设立加气站,”罗奇说,并指出该公司还在加利福尼亚州和德克萨斯州拥有两家工厂,每天可生产约 130 万升液化天然气。“我们的目标是让[卡车司机]获得与使用柴油燃料相同的体验。”