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“敌人是碳”我们该如何减少碳排放?请看丰田首席科学家的见解

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我热爱电动车,并想谈谈自己的想法
遵从科学
为了尽快减少碳排放量

想必ToyotaTimes的读者们对于“敌人是碳”这句话并不陌生。

这句话是丰田章男社长在7月底时所说的,当时他使用搭载了氢燃料发动机的COROLLA Sports参加了日本超级耐力赛。

在迈向碳中和的道路上,我们所面临的问题是该如何处理化石燃料燃烧后排出的CO2,而非内燃机(发动机)。

现在,我们暂时还找不到实现目标的“正确答案”。为了不做出让选择面狭隘的决策,我们怀着强烈的危机意识发布了这样的信息。

事实上在美国,丰田还有一位站在同样角度并不断对外发布相关信息的人。他就是丰田尖端AI研究机构TRI(Toyota Research Institute)的CEO,Gill Pratt。

在TRI中,Gill Pratt的头衔是管理人员,但要知道,他之前曾在美国DARPA(美国国防部高级研究计划局)中工作,负责过许多机器人的研究项目,担任过5年的防卫科学与战术技术局的项目经理等,是AI领域中享有权威的知名研究人员。

现在,他在丰田汽车中担任“首席科学家兼Executive Fellow”的职务,在丰田中央研究所中担任“Executive Adviser”的职务等,同时在以国际视角指导丰田集团的研究活动,从科学的角度出发,在实现碳中和的道路上给予丰田建议并进行对外部的宣传活动。

Pratt CEO 7月开始写博客,第1回的标题是“敌人是碳:我们该如何减少碳排放?”接下来的8月,他以回答评论投稿的形式,又发布了第2回博客。

本期ToyotaTimes将会把第1回的博客翻译成日语进行刊登。为实现碳中和,汽车制造商应该做些什么呢?本篇报道从科学家的角度出发,以全球为视角对上述问题进行了说明。

为什么丰田采取了“商品全面化”的电动化战略?在Pratt CEO的解说中我们得知,那其中其实有着相通的新视角。

我热爱电动车,并想谈谈自己的想法

我特别喜欢电动车(Electrified Vehicles)。要说理由,那不仅仅是因为我自己从事了几十年的电动车研发工作,还因为我是向父亲学习的,我的父亲在新泽西州环境保护局大气污染对策部门工作。因此我对温室气体和气候变化相关的问题一直抱有浓厚的兴趣。 现在我和我的家人一起生活在加利福尼亚州,去年这里发生了大规模的森林火灾。和附近的人一样,我目睹了火灾的烟雾直冲而上,将天空染成橙色。而在地球对面的欧洲,正发生前所未有的大洪水灾害。 现如今的异常气象某种程度上确实是气候变化造成的,为了防止气候变化在今后引起更加严重的自然灾害,我们强烈意识到:必须尽快实现碳中和。 在这样的想法下,我从20世纪80年代后半段开始,作为MIT(麻省理工学院)的研究生,同时也作为研究人员和教师,负责电力电子方面的设计,为在世界各地参加比赛的MIT太阳能车队的胜利做出了贡献。 之后,在美国光伏逆变器制造商Solectria Renewables成立之初,车队队长James Worden为其出过力。而Solectria Renewables负责制造的是纯电动车(BEV)的零件、初期的BEV以及太阳能发电用变频器。 在1989年举办的太阳能车拉力赛“Tour de Sol”上,我负责横渡瑞士和阿尔卑斯山脉车辆的电力电子设计和制作的工作。 现在,我除了丰田的SIENNA HYBRID(HEV)和RAV4 Prime(PHEV)之外,还拥有TESLA MODEL X(BEV)。我对这三辆车非常满意。 当我说了这样的经验,大家可能认为我会很支持舍弃内燃机,并尽快转移到BEV。 但其实我的想法并非如此。

遵从科学

作为一名科学家,我认为就像自然天理与人类构建起来的系统一样,为了防止气候变化,比起完全倒向BEV,提供更多样的电动驱动机构将会更加有效。之所以这么说,理由有二。 第一,制造电池的成本很高,不仅需要使用稀少的自然资源,还在制造过程中排放了大量的CO2。 我很喜欢开TESLA MODEL X。不过要知道,美国平均通勤距离为30mi(大约48km),如果驾驶TESLA MODEL X通勤的话,每天晚上就得充电。TESLA MODEL X本来具有超过300mi(大约480km)续航距离的电池,是可以大幅减少CO2排放的,这么一来反倒浪费了这一点。 当然,我偶尔也会坐TESLA出远门。但是大部分情况下,(编辑部注:由电池的集合体构成的)电池组,其90%都没有起到作用,而驾驶HEV和PHEV等其他电动车的人则可以减少更多CO2的排放。 为了能有效且最大限度地利用生产出来的电池组,此时巧妙的分配显得尤为重要。即是说,不是像我的MODEL X那样将所有电池集中在可以长距离行驶的BEV上,而是多分散在HEV和PHEV等“尺寸合适”的电动车上。 为了实现碳中和,我们必须考虑3R。所谓3R就是Reduce(削减)、Reuse(再利用)和Recycle(回收利用)。 其实我几乎没有给RAV4 Prima这辆PHEV加过汽油。RAV4 Prime只搭载了MODEL X六分之一容量的电池组,这便是一个例子。 我们投资一辆MODEL X的电池组,如果换成RAV4 Prime的话,除了我以外还有5个人可以为减少CO2做出贡献。关于这一点,我将用下图来说明。 因为生产电池对于环境和经济都会带来一定负荷,所以通过“智能调整”过后的电池包,可以做到在更多的电动车上安装电池,从而更多减少CO2的排放(图中的红色部分表示未使用的电池)。 第二个理由是,对于一般顾客来说最好的方法并不是对所有顾客来说的最好方法。 每个人的需求以及所处环境都不一样,有的地区有可再生电力和BEV快速充电器,也有很多其他地区快速充电器这一基础设施还不完备,需要通过大量排放CO2来发电,因此BEV在车型周期中比PHEV,有些情况下甚至比HEV都会排出更多的CO2。 也就是说,即使某一天对于一般人来说最好的选择变成BEV了,那也并非对所有人来说都是如此,即是说在为减少CO2排放做贡献的方面,BEV不会是所有人的最好方法,也不是能最大程度减少CO2的方法。 您可能会想:那应该尽早增加电池的生产量,减少发电站的CO2排放量,同时尽快增加快速充电站的数量。没错,我也是这么认为的。 包括美国在内,很多国家已经开始通过将燃料从煤炭、石油变成天然气来减少发电站的CO2排放量了(由此CO2排放量大约变成了原来的一半)。 那作为进一步的改善对策,就需要向绿氢和蓝氢转变;把火力发电站换成新的核电站、太阳能发电站、风力发电站、地热发电站等等,这需要与新车寿命同等以上的时间,难度也高,会花费更多的成本。

为了尽快减少碳排放量

那我们究竟该如何做呢? 要知道,碳在大气中会存在很长时间,我们现在排出的碳,在今后100年以上的时间里都将存在。因此我们现在应尽的责任显而易见,那就是要尽快控制碳排放。 作为一名科学家,我借爱因斯坦的话来说,为尽快减少碳排放的解决办法是“一切都应该尽可能地简单,但不要太简单”。 我和丰田的想法一样:世界上的政府提出“把所有的汽车都变成BEV”,这个狭隘的解决方案是错误的。我认为这样不对,我们应该以提供多样的驱动机构为目标,鼓励汽车制造商去革新技术,使顾客能够根据自身的状况进行符合低碳的选择,这是更好的解决方案。 敌人是碳,不是内燃机。在今后的一段时间里,在世界很多地区,PHEV和HEV在整个车型周期中CO2排放量会和BEV同等或低于BEV。我们用开放源代码提供了一个模拟工具来证明这个事实。 我需要重申的是,我现在仍非常喜欢BEV。预计到2030年,丰田的BEV和FCEV将占据丰田在美国销售数量的15%。 丰田计划在2025年之前引入包括7种“TOYOTA beyond ZEO”系列车型在内的15种车型的BEV。TOYOTA beyond ZEO4X(照片为概念模型)是beyond ZEO系列最初的模型。 另外,丰田还对包括全固体电池在内的新电池和用来预测电池性能并进行优化的AI工具等的开发研究进行了大量投资。 丰田还充实了HEV、PHEV、BEV、FCEV全方位的产品阵容,预计2030年在北美销售的丰田车,其中70%将电动化。 于我而言,对各种状况提供各种解决方案的办法和“Think globally, act locally”这句话的意思是相同的。 而且,我相信这是能尽快减少往大气中排放碳的最好方法。