柴油机的消亡被过分夸大了吗？

内燃机的发明已经伴随我们 200 多年了，柴油发动机是内燃机的一个非常成功的变体。

这种将燃料中包含的潜在能量转化为有用功的方法，已经从 19 世纪早期的简单专利和设计中得到了改进，几乎让人认不出来。

蒸汽机起步较早，推动了工业革命。

只有当燃料的燃烧进入气缸时，移动电源的便利性才显现出来，而且唾手可得。

蒸汽动力出现，但作用有限

由于石油储备的开放，为新发动机提供了易于管理的能源，从而使这种内部燃烧得以快速采用。

石油储量远非无限

对未来石油供应的担忧并不是什么新鲜事，对污染的担忧也不是什么新鲜事。

今天，这种成熟的技术面临的问题是日益严格的排放标准和来自化石燃料以外能源发电的竞争。

这是德国农业协会 DLG 已经认识到的两大挑战。

该组织正忙于宣传明年春季在汉诺威举行的展会，届时众多发动机制造商将有机会展示他们的应对。

不只是拖拉机，有很多车辆未来多年内仍将依赖柴油发动机

该协会介绍了将于明年与 Agritechnica 联合举办的第五届“系统和零部件”展览，该协会表示：

“虽然内燃机，尤其是柴油发动机，在公开讨论中被广泛认为处于消亡的边缘，但它们在非道路领域还远未结束使命，在非道路领域，它们代表着高可用性、可靠性和低运营成本。”

柴油面临双重挑战

设计未来发电厂的工程师有两个主要目标，即在降低排放的同时提高效率。

它们在很大程度上是相互关联的，因为最大限度地利用燃料将自然地减少单位工作的碳排放，以及所有其他被标记为对环境有害的污染物。

电的问题

一般假设可再生能源电力将取代石油成为主要能源，但与该计划相关的主要问题是，难以方便地储存电力以备将来使用。

科罗尼即将退休的开发总监 Josef Horstmann 在最近访谈时表示，“电池不适合我们”。他还指出，柴油机仍将存在至少“20 年”。

问题之一是能量密度；碳基燃料在储存能量方面比电池更有效，尽管在在释放能量做有用功方面效率较低。

约翰迪尔在 2016 年展示了其运行时间约为 4 小时的电池驱动拖拉机的想法。

三年后，该公司推出了一款全电动自动拖拉机，这次由外部电源供电，并通过脐带电缆连接到该拖拉机。

电源选项

如果电池动力还有一段路要走，主要的拖拉机制造商对它的热情不高，那么有没有化石燃料的替代品呢？

电池是野外规模机器人的首选电源

根据 DLG 的说法，答案似乎是肯定的，它强调了目前可用甚至已经在使用的其他三项技术。

甲烷

以天然气形式或由有机材料制成的甲烷就是这样一种储能系统，引起了极大的关注。

凯斯纽荷兰已经在制造一种纯甲烷驱动的拖拉机，该拖拉机将于今年晚些时候上市销售。

如果甲烷是由生物消化器产生或从农场废物中回收，那么它可能被称为生物甲烷，被认为是一种碳中性的解决方案。

如果它来自天然气基础设施，那么它将来自化石燃料。

无论哪种方式，发动机仍然会排放处理后的废气。

合成燃料

利用可再生电力（风能、太阳能）和空气中已经存在的二氧化碳 (CO₂) 制造碳基燃料是一门正在迅速成熟的科学。

这种燃料可用作目前基于化石的液体的直接替代品。

如果由太阳能生产功率，那么它们就可以通过光合作用模拟自然的能源管理。

加拿大碳工程公司率先从空气中直接捕获二氧化碳并将其转化为燃料

批评人士指出，尽管这很有可能实现，但与完全电力系统相比，它仍然会导致燃料燃烧效率低下，浪费了更大比例的收集能量。

氢

氢气是自然界中最简单、最轻的分子。它愉快地与氧气结合形成水并在此过程中释放能量。

这两种元素的结合可能会出现在燃料电池中，直接产生电力，或在发动机中燃烧。

两种技术都不涉及碳排放，除了后者的润滑剂消耗量很少。

纽荷兰与荷兰Jos Scolman于2020年共同研发了这款柴油+氢燃拖拉机

在发动机中燃烧氢气，而不是在燃料电池中处理氢气，再次被许多人认为效率太低，但也有人不这么认为。

还必须指出的是，目前大多数商业氢是由石油生产的。

道依茨已经生产出一种氢发动机的原型，作为燃料电池技术的替代品。它是农业机械标准六缸装置的变体。

该公司还在探索其在各种混合动力配置中的应用，尤其是与电力驱动的结合。

通过电动机而不是机械 PTO 驱动或将成为未来首选。

影响发动机设计的替代燃料

DLG 总结了对各种燃料选择的审查，并指出“在可预见的未来，柴油发动机仍将是首选发动机，但它现在面临竞争”。

尽管压缩点火可能面临着一个不确定的的长期前景，但往复式内燃机作为一种释放燃料潜能的机制，在它完全消失之前还有很长的路要走。

最新系列的科勒发动机采用模块化设计

这并不意味着制造商袖手旁观地等待着就做出重大决定。现在的重点是使发动机更能适应不同的燃料。

燃料灵活性至关重要

据 DLG 称，除了提高功率密度之外，“供应商还非常关注其发动机系统的模块化”。

这意味着“具有灵活安装位置的组件可根据要求实现不同的安装选项和系统集成”。

科勒是一家完全致力于模块化发动机设计的发动机供应商，因此现在正在进入主流拖拉机市场。

AGCO Power 还宣布，其在芬兰的新工厂将生产一系列能够燃烧多种燃料的发动机，但尚未提供更多细节。

驾驶室下方安装有天然气罐的实验性 Valtra

然而，与该公司关系密切的消息人士表示，它正在考虑 DLG 强调的替代能源之外的其他替代品，并假设柴油燃料的成分将发生变化，以包括非化石衍生成分，例如由废弃食品中产生的成分。

内燃机在过去的 200 年里取得了长足的进步。考虑到工程师的聪明才智，又认识到了电力仍然面临存储问题，它可能还有很长的路要走。