Tunga lastbilar, som 18-hjulingar som transporterar många av världens varor från gård eller fabrik till marknad, nästan alla drivs av dieselmotorer. De står för en betydande del av de globala utsläppen av växthusgaser, men lite har gjorts hittills för att stävja deras avgaser som orsakar klimatförändringar.

Nu, forskare vid MIT har utarbetat ett nytt sätt att driva dessa lastbilar som drastiskt kan minska föroreningarna, öka effektivitet, och minska eller till och med eliminera sina nettoutsläpp av växthusgaser.

Konceptet innebär att man använder ett plug-in hybridmotorsystem, där lastbilen huvudsakligen skulle drivas av batterier, men med gnisttändningsmotor (istället för dieselmotor). Den där motorn, vilket skulle göra det möjligt för lastbilarna att bekvämt resa samma sträckor som dagens konventionella diesellastbilar, skulle vara en flex-fuel modell som kan köras på ren bensin, ren alkohol, eller blandningar av dessa bränslen.

Medan det slutliga målet skulle vara att driva lastbilar helt med batterier, forskarna säger, det här flexbränslehybridalternativet skulle kunna ge sådana lastbilar ett sätt att tidigt komma in på marknaden genom att övervinna farhågor om begränsad räckvidd, kosta, eller behovet av överdriven batterivikt för att uppnå längre räckvidd.

Det nya konceptet har utvecklats av forskaren Daniel Cohn från MIT Energy Initiative och Plasma Fusion and Science Center och forskningsingenjören Leslie Bromberg, som presenterar den på den årliga SAE International-konferensen den 11 april.

"Vi har arbetat i ett antal år på sätt att göra motorer för bilar och lastbilar renare och effektivare, och vi har varit särskilt intresserade av vad du kan göra med gnisttändning [i motsats till kompressionständning som används i dieslar], eftersom det i sig är mycket renare, " säger Cohn. Jämfört med ett dieselmotorfordon, ett bensindrivet fordon producerar bara en tiondel så mycket kväveoxidföroreningar (NOx), en viktig del av luftföroreningarna.

Dessutom, genom att använda en flex-fuel-konfiguration som gör att den kan köras på bensin, etanol, metanol, eller blandningar av dessa, sådana motorer har potential att släppa ut mycket mindre växthusgaser än rena bensinmotorer, och den inkrementella kostnaden för bränsleflexibiliteten är mycket liten, Cohn och Bromberg säger. Om den körs på ren metanol eller etanol som härrör från förnybara källor som jordbruksavfall eller kommunalt avfall, nettoutsläppen av växthusgaser kan till och med vara noll. "Det är ett sätt att använda ett bränsle med låga växthusgaser" när det är tillgängligt, "men alltid ha möjlighet att köra den med bensin" för att säkerställa maximal flexibilitet, säger Cohn.

Samtidigt som Tesla Motors har meddelat att de kommer att tillverka en helelektrisk tung lastbil, Cohn säger, "Vi tror att det kommer att bli väldigt utmanande, på grund av kostnaden och vikten av batterierna" som behövs för att ge tillräcklig räckvidd. För att möta den förväntade räckvidden för konventionella diesellastbilar, Cohn och Bromberg uppskattar, skulle kräva någonstans mellan 10 och 15 ton batterier "Det är en betydande del av nyttolasten" som en sådan lastbil annars skulle kunna bära, säger Cohn.

För att komma runt det, "vi tror att sättet att möjliggöra användningen av elektricitet i dessa fordon är med en plug-in hybrid, " säger han. Motorn de föreslår för en sådan hybrid är en version av en som de två forskarna har arbetat med i flera år, utveckla en mycket effektiv, flexibel bensinmotor som skulle väga mycket mindre, bli mer bränslesnål, och producera en tiondel så mycket luftföroreningar som de bästa av dagens dieseldrivna fordon.

Cohn och Bromberg gjorde en detaljerad analys av både ingenjörskonsten och ekonomin för vad som skulle behövas för att utveckla en sådan motor för att möta behoven hos befintliga lastbilsförare. För att matcha dieslarnas effektivitet, en blandning av alkohol med bensin, eller rent av ren alkohol, kan användas, och detta kan bearbetas med förnybara energikällor, de hittade. Detaljerad datormodellering av en hel rad önskade motoregenskaper, kombinerat med screening av resultaten med hjälp av ett artificiellt intelligenssystem, gav tydliga indikationer på de mest lovande vägarna och visade att sådana ersättningar verkligen är praktiskt och ekonomiskt genomförbara.

I både nuvarande diesel och de föreslagna flexbränslefordonen, utsläppen mäts vid avgasröret, efter att en mängd olika utsläppskontrollsystem har gjort sitt arbete i båda fallen, så jämförelsen är ett realistiskt mått på verkliga utsläpp. Kombinationen av hybriddrift och flexbränslemotor är "ett sätt att möjliggöra införandet av elektrisk drivning i sektorn för tunga lastbilar, genom att göra det möjligt att möta utbud och kostnadskrav, och gör det på ett sätt som är rent, " säger Cohn.

Bromberg säger att bensinmotorer har blivit mycket effektivare och rena med åren, och den relativa kostnaden för dieselbränsle har ökat, så att kostnadsfördelarna som ledde till den nästan universella användningen av dieslar för tunga lastbilar inte längre råder. "Över tid, gasmotorer har blivit mer och mer effektiva, och de har en inneboende fördel i att producera mindre luftföroreningar, " säger han. Och genom att använda motorn i ett hybridsystem, den kan alltid arbeta med sin optimala hastighet, maximera dess effektivitet.

Metan är en extremt potent växthusgas, så om det kan avledas för att producera ett användbart bränsle genom att omvandla det till metanol genom en enkel kemisk process, "det är ett av de mest attraktiva sätten att göra ett rent bränsle, "Bromberg säger. "Jag tror att alkoholbränslen har mycket lovande.

Redan, han påpekar, Kalifornien har planer på nya regler för utsläpp från lastbilar som är mycket svåra att möta med dieselmotorfordon. "Vi tror att det finns ett betydande skäl för att lastbilsföretag ska gå till bensin eller flexibelt bränsle, " säger Cohn. "Motorerna är billigare, avgasbehandlingssystem är billigare, och det är ett sätt att säkerställa att de kan uppfylla de förväntade reglerna. Och att kombinera det med elektrisk framdrivning i ett hybridsystem, med tanke på ett allt renare elnät, kan ytterligare minska utsläppen och föroreningarna från lastbilssektorn."

Ren elektrisk framdrivning för lastbilar är det ultimata målet, men dagens batterier gör det inte till ett realistiskt alternativ än, Cohn säger:"Batterier är bra, men låt oss vara realistiska om vad de kan ge."

Och kombinationen de föreslår kan hantera två stora utmaningar samtidigt, de säger. "Vi vet inte vilken som kommer att bli starkare, önskan att minska växthusgaserna, eller önskan att minska luftföroreningarna." I USA, klimatförändringarna kan vara den största drivkraften, medan luftföroreningar i Indien och Kina kan vara mer akuta, men "den här tekniken har värde för båda utmaningarna, " säger Cohn.