Een van de belangrijkste uitdagingen waarmee we als soort in de 21e eeuw worden geconfronteerd, is hoe we op een duurzame manier kunnen samenleven met de natuur, terwijl we onze manier van leven behouden en deze voordelen uitbreiden naar de ontwikkelingslanden. Deze fundamentele spanning beïnvloedt elk gebied van onze moderne manier van leven, maar niet meer dan vervoer. We leven in een tijd van ongekende technologische vooruitgang, met kolossale investeringen in schone vervoerstechnologieën – maar er is een aanzienlijk risico dat we in een haast naar technologische verandering het grote geheel verwaarlozen. Om de omvang en het belang van de uitdaging waarmee we worden geconfronteerd volledig te begrijpen, moeten we nadenken over de diepgaande impact die transport al heeft gehad op onze manier van leven.

In de ontwikkelde wereld hebben we al honderden jaren het voordeel van betaalbaar vervoer, en de laatste honderd jaar wordt dit mogelijk gemaakt door de verbrandingsmotor. Dit is de drijvende kracht achter de betaalbare kracht die de 20e eeuw heeft gevormd. De meest voor de hand liggende voorbeelden hiervan zijn te zien in auto's, vrachtwagens, bouwmachines en landbouwmachines. Omdat de komst van betaalbare stroom de meesten van ons voorafgaat, is het moeilijk te begrijpen hoe ingrijpend de maatschappelijke veranderingen die door deze revolutie in gang zijn gezet, zijn geweest.

Vandaag, elk aspect van onze manier van leven wordt mogelijk gemaakt of gevormd door het gemak waarmee we tussen steden kunnen reizen, onze families en bezittingen met ons meedragen. Dit heeft een fundamentele verschuiving mogelijk gemaakt in de manier waarop we leven, nieuwe huizen bouwen in buitenwijken en plattelandsgemeenschappen terwijl je werkt, leren en recreëren in steden die een eeuw eerder grotendeels ontoegankelijk waren. Ons voedsel wordt op industriële schaal verbouwd en samen met gefabriceerde goederen over transcontinentale afstanden over de weg naar onze winkels vervoerd. De huizen waarin we wonen, de kantoren waarin we werken en het transportnetwerk dat hen verbindt, zijn gebouwd met behulp van de kracht van de dieselmotor.

Tegenwoordig zien we duidelijker de negatieve effecten van deze haast naar mobiliteit en staan ​​beleidsmakers voor een enorme uitdaging bij het implementeren van effectieve regelgeving om de effecten op de opwarming van de aarde te verzachten, lokale luchtkwaliteit, gebruik van schaarse middelen, congestie en nog veel meer. Toch, het blijft zo dat de fundamentele verschuiving in de levensstandaard en de levenskwaliteit die wordt geboden door betaalbaar vervoer ingrijpend is en deze voordelen moeten behouden blijven, zelfs als we onze technologie moderniseren. Verder, deze voordelen zijn nodig voor ontwikkelingsmaatschappijen over de hele wereld die worstelen om toegang te krijgen tot de levensstandaard die we als vanzelfsprekend beschouwen. Toegang krijgen tot betaalbaar vervoer verandert de levenskansen van mensen die in armoede leven over de hele wereld, hun verdienpotentieel met een orde van grootte verhogen en de toegang tot gezondheidszorg mogelijk maken, onderwijs en zelfs vrijetijdsbesteding.

Om deze tegenstrijdige behoeften volledig op te lossen, moeten we elk onderdeel van het probleem in overweging nemen:energieopwekking, opslag, en distributie evenals het eindgebruik in het voertuig. De productie en recycling van de voertuigen die we gebruiken, moet ook worden beschouwd als een integraal onderdeel van het probleem. De manier waarop we de voertuigen gebruiken is ook een cruciaal aspect dat we niet mogen veronachtzamen als we efficiënte, veilige en effectieve vervoersnetwerken. Bovendien mogen we nooit de noodzaak uit het oog verliezen om dit alles op een commercieel haalbare manier te doen; bedrijven die auto's ontwikkelen en bouwen, vrachtwagens en machines moeten ze tegen een duurzame prijs kunnen verkopen. Het bezit en het gebruik van deze producten moeten ook betaalbaar zijn in het kader van de voordelen die ze bieden. De infrastructuur voor elektriciteitsopwekking en -distributie moet worden opgeleverd binnen een realistisch tijdsbestek met beheersbare niveaus van overheidsinvesteringen. De stroom die we produceren moet betaalbaar zijn voor de eindgebruiker. Om aan de wereldwijde behoefte te voldoen, moet aan deze tests worden voldaan in zowel de opkomende economieën als de ontwikkelde wereld. Anders zullen de ontwikkelingslanden hun gebruik van betaalbare maar niet-duurzame technologieën waar wij in Europa zo sterk van hebben geprofiteerd, blijven vergroten.

De echte uitdaging waar we als ingenieurs en wetenschappers voor staan, is niet om transporttechnologieën te ontwikkelen die schoon zijn. Dit is een belangrijke stap op de route, maar het is niet het hele probleem. Onze echte taak is het ontwikkelen van echt duurzame, schone en betaalbare transporttechnologieën die schaalbaar en geschikt zijn over de hele wereld. Dit is een taak die oneindig veel uitdagender is dan het maken van schone voertuigen, en vereist effectief beleid om onderzoek en ontwikkeling te stimuleren en gedrag te beïnvloeden. Het zal ook vragen om acceptatie van technologieën die kansen bieden om in de toekomst te verbeteren, evenals degenen die ons vandaag helpen onze doelen te bereiken.

Diesel

Zoals Ben Marlow opmerkt in een recent artikel in The Telegraph, de benadering van de Britse regering om de luchtkwaliteit te behouden is inconsistent. In de najaarsbegroting 2017 Kanselier Philip Hammond kondigde verhoogde voertuigbelasting aan voor dieselauto's, met ingang van april 2018. Dit leidt tot de bizarre situatie waarin de aanschaf van nieuwe, schone dieselvoertuigen worden ontmoedigd, terwijl het gebruik van oudere en minder schone voertuigen wordt verlengd. Dit is een probleem voor ons allemaal, niet alleen de fabrikanten. Het probleem heeft twee hoofdaspecten, lokale luchtkwaliteit en wereldwijde CO2-uitstoot. Ten eerste, nieuwe, Van schonere dieselvoertuigen kan worden verwacht dat ze oudere dieselvoertuigen uit het wagenpark verdringen en zo de luchtkwaliteit in de stad helpen verbeteren. Op het tweede punt, kopers die zich van diesel hebben afgewend, hebben voornamelijk voertuigen met benzinemotor gekocht; dit heeft geresulteerd in de eerste stijging van de CO2-uitstoot van het wagenpark na twee decennia van zwaarbevochten verbetering.

Dieselmotoren blijven een essentieel element in de strijd om de CO2-uitstoot van het transport te verminderen. We hebben allemaal diesel nodig om een ​​levensvatbare technologie te blijven; de industrie heeft heel hard gewerkt om deze technologieën te ontwikkelen, het zou veel gemakkelijker zijn geweest om de oude en dorstige benzinemotoren van dertig jaar geleden te blijven bouwen. Het fundamenteel andere verbrandingsregime dat in dieselmotoren wordt gebruikt, maakt ze efficiënter in het echte gebruik, maar maakt ook een effectieve nabehandeling van de verontreinigende stoffen moeilijker dan in benzinemotoren - maar er is grote vooruitgang geboekt, tot het punt waarop het verschil in luchtkwaliteit tussen benzine en diesel snel verdwijnt. Nieuwe RDE-conforme diesels zijn meer dan 10 keer beter voor NOx- en PM-emissies dan zelfs 8-10 jaar oude dieselvoertuigen die momenteel op de weg rijden, en ze zijn zowel beter in de echte wereld als in de testcyclus. De reële emissiegrenswaarden die voor deze voertuigen gelden, zijn dezelfde als die voor benzineauto's. In aanvulling, en cruciaal, ze zijn ongeveer 20% beter op de CO2-uitstoot dan vergelijkbare benzineauto's.

Veel commentatoren suggereren dat kopers gewoon moeten overschakelen van diesel naar alternatieven zoals elektrische voertuigen, hybride en plug-in hybride. Inderdaad, het is bemoedigend om te zien dat de verkoop van deze voertuigen naar het hoogste niveau ooit stijgt, maar de verkoop stijgt niet snel genoeg om de toegenomen opkomst van benzinevoertuigen te compenseren. De verkoop van deze voertuigen met alternatieve aandrijving moet nog veel verder stijgen voordat ze een geloofwaardige oplossing kunnen bieden voor de verminderde verkoop van diesel. De verkoop van elektrische en hybride voertuigen verbetert naarmate de technologie vordert, maar hoge aanschafkosten voor voertuigen en (tot nu toe) ontoereikende laad- en duurzame elektriciteitsopwekkingsinfrastructuur betekenen dat ze nog niet klaar zijn om het volledige antwoord te zijn. Het zal naar verwachting ten minste een decennium duren voordat deze nieuwe voertuigtypen een significante marktacceptatie bereiken, en in de tussentijd moeten we de CO2-reductie jaar in jaar uit voortzetten – of, als iets, onze vooruitgang op het gebied van CO2 aanzienlijk versnellen. Het afstappen van diesel heeft aantoonbaar het tegenovergestelde effect gehad.

Fabrikanten blijven alternatief aangedreven voertuigen verbeteren naast conventionele benzine- en dieselvoertuigen. Zelfs tegen 2040 is ons onderzoek en de technologische roadmaps voor de auto-industrie, verwachten dat de verbrandingsmotor (inclusief dieselmotoren) in veel voertuigtypen nog steeds essentieel zal zijn. Dit zullen geavanceerde ontwerpen zijn, meestal als onderdeel van een hybride aandrijflijn, maar niettemin verbrandingsmotoren. We kunnen speculeren over welk brandstofmengsel deze motoren zouden kunnen verbranden, maar de voordelen van brandstoffen met een hoge energiedichtheid zijn essentieel voor veel voertuigen. Al deze voertuigtypen zijn essentieel voor de nabije toekomst, maar deze geavanceerde technologie levert minder voordeel op als we oudere voertuigen te lang op de weg houden. Op dit punt hebben we allemaal duidelijkheid nodig van de overheid dat ze de bijdrage waarderen die nieuwe schone voertuigen (inclusief diesel) kunnen leveren aan zowel de luchtkwaliteit in de stad als de CO2-reductie.

Duurzame vloeibare brandstoffen

Maar, als hybrides en elektrische auto's geen complete oplossing zijn, hoe ziet de toekomst eruit? Mensen denken vaak (ten onrechte) dat motoren op fossiele brandstoffen moeten draaien. door die logica, we moeten stoppen met alles wat we tot nu toe hebben gedaan, wat op zijn beurt betekent dat er wordt overgeschakeld van verbrandingsmotoren naar elektrische voertuigen of waterstofbrandstofcellen. Maar die zijn momenteel onbetaalbaar – zelfs met subsidies, die overheden niet voor altijd kunnen en willen uitdelen. In deze termen bezien hebben we een groot probleem als het persoonlijk vervoer zo betaalbaar moet blijven als het tot nu toe is geweest, en tegelijkertijd voldoen aan doelstellingen voor duurzaamheid en luchtkwaliteit. Hoe kan dit raadsel worden opgelost?

Een veelbelovend antwoord is de productie van duurzame vloeibare brandstoffen waarmee we verbrandingsmotoren duurzaam kunnen blijven gebruiken, maar zonder verlies aan efficiëntie. De technologie om opgevangen CO2 te recyclen in methanol met de toevoer van waterstof bestaat al - het wordt gebruikt op onderzeeërs om afval CO2 te recyclen zonder gasbellen te produceren die de positie van het vaartuig zouden kunnen onthullen. Je zou het kunnen beschouwen als een door de mens gemaakte versie van fotosynthese, maar omdat alle processen chemisch en niet biologisch zijn, kan de snelheid veel sneller zijn. De uitdaging voor wetenschappers is alleen om het betaalbaar te maken - en velen werken hieraan.

Een deel van die uitdaging zou liggen in het verkrijgen van de energie die nodig is om deze brandstofcyclus in stand te houden - maar omdat de brandstof overal kan worden geproduceerd en gemakkelijk kan worden geëxporteerd, en zou voorrang geven aan anders onbruikbaar land zoals woestijnen, ook hier liggen kansen. Zet een elektriciteitscentrale waar een overvloed aan hernieuwbare energie is die moeilijk te winnen is binnen de landsgrenzen (of dat nu de Sahara of de Orkneys is) en ineens is er een andere dynamiek mogelijk:omdat, voor elk land dat jaarlijks een groot deel van zijn BBP uit zijn economie haalt om te betalen voor transportbrandstof, zelfs als u er jaarlijks een klein deel van intern houdt, wordt het voordeel jaar op jaar groter.

Ook, waar biobrandstoffen zijn onderworpen aan limieten op hoeveel kan worden gemaakt, de duurzame methanolcyclus heeft dat nadeel niet:de grondstoffen – lucht, water, en hernieuwbare energie – in feite niet onderhevig zijn aan beperkingen door de mens, en van deze gratis grondstoffen (mits men heeft geïnvesteerd in de apparatuur om ze te verkrijgen) wordt brandstof met een hoge waarde gemaakt, waarvoor een gevalideerde en onmiddellijke vraag bestaat.

Als dit niet overtuigend genoeg is, denk hier eens over na:terwijl beleidsmakers zich niets anders kunnen voorstellen dan elektrische en waterstofvoertuigen op de weg, er is in feite geen andere manier om de luchtvaart koolstofarm te maken dan een koolstofneutrale kerosine te creëren. Daar moet het gebeuren en nu financiert de EU het Sun-to-Liquid-project om de door zonne-energie aangedreven synthese van vliegtuigbrandstof uit zonne-energie te versnellen, CO2 en water. Wanneer dit is bewezen, de technologie kan worden teruggevoerd naar brandstoffen voor wegtransport en scheepvaart.

Er is nog een intrigerende mogelijkheid met de cyclus. Methanol kan een grondstof zijn voor de petrochemische industrie, die ook fossiele olie gebruikt. Als kunststof, verven, oplosmiddelen enz. werden gemaakt van methanol met behulp van directe luchtafvang CO2, dan wordt het proces effectief koolstof-negatief omdat de koolstof in vaste vorm wordt vastgelegd. Dat kun je niet doen met elektriciteit of waterstof als energiedrager voor transport.

Dus, hier is een ouderwetse mening van een pragmaticus:houd motoren, die bij uitstek betaalbaar zijn voor de belangrijkste stakeholder (de eindklant), maar elimineer de boosdoener - fossiele koolstof. Belasting gebruiken om fossiele koolstofbrandstoffen te bestraffen en koolstofneutrale elektrobrandstoffen te promoten. Zodra dergelijke brandstof in het zwembad wordt gedaan, beginnen alle voertuigen koolstofarm te worden:men hoeft niet te wachten op onbewezen nieuwe technologie die al dan niet betaalbaar is. De bestaande infrastructuur voor brandstofdistributie kan worden gebruikt, te. En onthoud dat, hoewel ik persoonlijk denk dat er strategieën kunnen worden ingevoerd om elektrobrandstoffen net zo goedkoop te maken als de fossiele alternatieven, in werkelijkheid concurreren ze niet met fossiele brandstoffen, maar met elektriciteit en waterstof – ze moeten alleen goedkoper zijn om het aantrekkelijkste alternatief te zijn. Elektrobrandstoffen zouden echt ontwrichtend zijn voor EV's en brandstofcelvoertuigen vanwege de bekende betaalbaarheid van wat ze gebruiken. Het is ook vermeldenswaard dat brandstof een wrokaankoop is; het is gemaakt omdat de koper het nodig heeft om te reizen. Een zuiniger voertuig kopen, anderzijds, kan bijna altijd worden uitgesteld – en om deze reden zal het koolstofvrij maken van de energiebron altijd snellere resultaten opleveren dan het bouwen van een efficiënter voertuig.

We zouden zelfs geavanceerde interne verbrandingsmotoren en elektrobrandstoffen kunnen mee-ontwikkelen voor een grotere systeemefficiëntie en schonere lucht. Er is ook het potentieel om CO2-negatief te worden, zonder het economische vervoersmodel te verstoren en de belastingen constant te houden. De betaalbaarheid van de verbrandingsmotor kan ons uit de situatie halen waarin we ons nu bevinden. ten slotte, nieuwere technologie dan de batterij of de brandstofcel.

Een toekomst vinden

Beleidsmakers moeten verder gaan dan het huidige paradigma van beleid voor duurzaamheid in vervoer, en begin naar het grotere geheel te kijken. Echt, long-term impacts on the key priorities of air quality and carbon emissions will only be achieved by an approach that clearly and consistently supports new technologies offering a strict benefit over current models. Any attempt to pick pre-supposed winners, particularly by closing off promising avenues of research, should be avoided; the stakes are too high, and the risk to society too great.

For the UK government, the context of Brexit adds an additional layer of urgency to this demand; on leaving the EU, Britain will almost certainly retain its commitments to the Union's vehicle standards, and a clear, consistent, communicative approach on the government side will be crucial to the future success of the industry.

Effective regulation can (and should) be a powerful driver of research and development in the automotive industry – but only when it's technologically agnostic and goal-driven.