移动碳捕集

我们致力于降低内燃机对环境的影响。

140多年来，内燃机一直是地球的“心脏”，驱动着汽车、卡车、船舶、飞机和火车，将数十亿人、货物和物资运往世界各地。

2023年，使用内燃机（ICE）的车辆仍占全球汽车销量的大多数。这显然给我们的自然资源和环境带来了巨大挑战——尤其是在实现即将到来的碳中和目标以及改善城市空气质量方面。

那么，如何开发出切实可行的解决方案，在合理成本下减少排放，同时对车辆性能影响最小？

更高效的发动机只是起点

提升车辆效率有多种途径：

可以减轻车重、优化空气动力学以减少阻力、降低发动机摩擦等。这些措施都能带来一定改善，但我们的目标是在二氧化碳减排方面实现更大的飞跃。

在工业场景（如发电厂）中，源头捕集CO₂的技术早已存在。然而，在移动过程中进行捕集却面临一系列复杂挑战：包括车辆内部空间有限、频繁启停，以及行驶中外部气流变化等动态因素。

另一个难题是如何获得分离CO₂与其他尾气所需的额外能量。尤其不能通过额外燃烧燃料来提供能量——这不仅会增加成本，还会产生更多CO₂。

发动机通常仅将燃料中25%至40%的能量转化为推进力，其余大部分以热能形式通过散热器和排气系统散失。我们的突破在于开发了一套能量回收系统，能够将这部分废热转化为驱动CO₂捕集装置和压缩机所需的能量。

我们的移动碳捕集系统工作原理如下：

将尾气引入与溶剂接触，从而捕获其中的CO₂，排出氮气、水蒸气以及残余的CO₂；随后将捕获的CO₂压缩，并安全储存在车载储罐中，待车辆回站加油时一并卸载。

从大气中移除CO₂是循环碳经济“四R”原则（减少、再利用、回收、移除）之一。

一旦CO₂被捕获，就必须安全卸载，并通过卡车或管道运输。根据当地条件，这些CO₂可被封存于地下，或用于多种商业和工业应用。

例如，我们已开发出创新方法，利用可再生能源将CO₂重新转化为燃料，或用于促进水泥固化。

我们从2010年开始探索多种CO₂捕集技术路径，包括液体吸收、固体吸附剂、低温分离、膜分离和富氧燃烧。在可行性原型阶段，我们选择了固体吸附剂，尽管它在体积和灵活性方面存在明显劣势。

经过一年研发，2011年我们成功将碳捕集系统集成到一辆福特F-250皮卡上，实现了10%的尾气CO₂捕集率。

这一成果验证了我们的设想，接下来的挑战是让系统更小巧、更高效。

或许有些反直觉：小排量发动机实际上比大排量发动机效率更低——它们浪费更多热量，这意味着有更多可用能量用于捕集和压缩CO₂。

2013年，我们改用液体溶剂（碳酸钾溶液），使整个系统体积缩小至原来的1/8，并将主体集成在一辆丰田凯美瑞底盘下方。结果令人振奋：CO₂捕集率提升至30%，在车辆行驶过程中即可实现。

我们还意识到移动碳捕集技术在货运行业的巨大潜力——尤其是卡车通常在完成运输任务后返回固定场站，便于卸载储存的CO₂。

因此，2019年我们开始将该技术集成到一辆沃尔沃Class 8重型卡车上。其原理与乘用车原型相同，但系统规模更大，安装在驾驶室与挂车之间。我们开发了一种基于氨基酸的新型溶剂体系，并采用涡轮复合技术从发动机回收能量。最终成果创下新高：可捕集高达40%的卡车尾气CO₂。

海运承担着全球约2%–3%的能源相关CO₂排放。尽管船舶的燃料消耗远超汽车（可达数千吨），但碳捕集技术背后的科学原理是相通的——关键在于规模化应用。

国际海事组织（IMO，联合国下属专门负责航运事务的机构）的目标是在2050年前后实现温室气体净零排放。为助力这一目标，沙特阿美正与行业合作伙伴共同探索如何将该技术适配并部署于大型船舶。