Politik för att uppmuntra minskade utsläpp av växthusgaser tenderar att betona behovet av att byta så många fordon som möjligt till elkraft. Men en ny studie av MIT och Ford Motor Company finner att beroende på platsen, i vissa fall skulle en motsvarande eller ännu större minskning av utsläppen kunna uppnås genom att istället byta till lätta konventionella (gasdrivna) fordon – åtminstone på kort sikt.

Studien tittade på en mängd olika faktorer som kan påverka dessa fordons relativa prestanda, inklusive låga temperaturers roll för att minska batteriprestanda, regionala skillnader i genomsnittligt antal körda mil årligen, och den olika blandningen av genererande källor i olika delar av USA. Resultaten publiceras idag i tidskriften Miljövetenskap och teknik , i en artikel av MIT:s huvudforskare Randolph Kirchain, nyutexaminerade Di Wu Ph.D. '18, doktorand Fengdi Guo, och tre forskare från Ford.

Studien kombinerade en mängd olika datauppsättningar för att undersöka den relativa effekten av olika fordonsval ned till en län-för-län-nivå över hela landet. Den visade att medan elfordon ger den största effekten för att minska utsläppen av växthusgaser för större delen av landet, speciellt på båda kusterna och i söder, betydande delar av mellanvästern hade motsatt resultat, med lätta bensindrivna fordon som uppnår en större minskning.

Den största faktorn som ledde till den slutsatsen var blandningen av genererande källor som gick in i nätet i olika regioner, säger Kirchain. Den blandningen är "renare" på både öst- och västkusten, med högre användning av förnybara energikällor och naturgas med relativt låga utsläpp, medan det i övre Mellanvästern fortfarande finns en mycket högre andel koleldade kraftverk. Det betyder att även om elfordon inte ger några utsläpp av växthusgaser medan de körs, processen att ladda bilens batterier resulterar i betydande utsläpp.

På de platserna, köpa en lätt bil, definieras som en vars struktur till stor del är byggd av aluminium eller specialiserat lättviktsstål, skulle faktiskt resultera i färre utsläpp än att köpa en jämförbar elbil, studien fann.

Forskningen möjliggjordes av Fords insamling av fordonsprestandadata från cirka 30, 000 bilar, över totalt cirka 300 miljoner mils körning. De kommer från konventionella medelstora konventionella bensinbilar, och forskarna använde standardmodelleringstekniker för att beräkna prestandan hos ekvivalenta fordon som antingen var hybridelektriska, batteri-elektrisk, eller lätta versioner av konventionella bilar.

"Vi försökte lägga till så mycket rumslig upplösning som möjligt, jämfört med andra studier i litteraturen, att försöka få en känsla av de kombinerade effekterna" av de olika temperaturfaktorerna, rutnätet, och körförhållanden, Kirchain förklarar. Den kombinationen av data visade, bland annat, att "en del av områdena med mer koltunga nät råkar också vara kallare, och något mer lantligt, " säger han. "Alla tre av dessa saker kan luta utsläppen på ett negativt sätt för elfordon" när det gäller deras inverkan på att minska utsläppen. De kombinerade effekterna är starkast i delar av Wisconsin och Michigan, där lätta bilar skulle ha en betydande fördel jämfört med elbilar när det gäller att minska utsläppen, studien visade.

Inverkan av kallt väder på batteriets prestanda, han säger, "är något som diskuteras i EV-litteraturen, men inte lika mycket i de populära diskussionerna om ämnet." Omvänt, bensindrivna fordon drabbas av effektivitetsstraff vid stadskörning, men de har lägre utsläpp i regioner som är mer lantliga och utspridda.

Data om bilprestanda som teamet fick arbeta med tack vare deras samarbete med Ford-forskare "var unik, " säger Kirchain. "Förr i tiden, en "stor" studie av denna typ skulle vara några dussin fordon, " och de skulle huvudsakligen komma från personer som frivilligt delade med sig av sina data och därför var mer benägna att vara oroliga för miljöpåverkan. Den omfattande Ford-data, däremot ge "ett bredare tvärsnitt av förare och körförhållanden."

Kirchain betonar att avsikten med denna studie inte på något sätt är att minimera vikten av att byta över marktransporter till elkraft för att minska utsläppen av växthusgaser. "Vi försöker inte undergräva det faktum att elektrifiering är den långsiktiga lösningen - och den kortsiktiga lösningen för större delen av landet, " säger han. Men under de närmaste decennierna, som anses vara en kritisk period för att bestämma planetens klimatutfall, det är viktigt att veta vilka åtgärder som faktiskt kommer att vara mest effektiva för att minska koldioxidutsläppen för att kunna fastställa policyer och incitament som ger de bästa resultaten, han säger.

Den relativa fördelen med lätta fordon jämfört med elektriska, enligt deras modellering, "faller med tiden, när rutnätet förbättras, " säger han. "Men det försvinner inte helt förrän man närmar sig 2050 eller så."

Lättviktsaluminium används nu i Ford F-150 pickup, och i de helelektriska Tesla-sedanerna. För närvarande, det finns inga stora volymer lätta bensindrivna medelstora bilar på marknaden i USA, men de skulle kunna byggas om incitament liknande dem som används för att uppmuntra produktionen av elbilar fanns på plats, Kirchain föreslår.

Just nu, han säger, USA har "ett lapptäcke av regler och incitament som ger extra incitament för elektrifiering." Men det finns vissa delar av landet, han säger, where it would make more sense to provide incentives "for any option that provides sufficient fuel savings, not just for electrification, " han säger.

"At least for the north central part of the country, policymakers should consider a more nuanced approach, " han lägger till.

"This is a significant advance, " says Heather MacLean, professor of civil and mineral engineering at the University of Toronto, who was not associated with this work. Den här studien, hon säger, "illustrates the importance of the regional disaggregation in the analysis, and that if it were absent results would be incorrect. This is an unequivocal call for regional policies that use the latest research to build rational agendas, rather than prescribing overarching global solutions."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.