WiDE: הארכת תוחלת החיים של דיזל בעולם של הפחתת פחמן

התחבורה מהווה כ חמישית מפליטות ה-CO2 העולמיות, כאשר תחבורה בכבישים לבדה אחראית לשלושה רבעים מפליטות אלו.

רוב פליטות התחבורה הללו מגיעות מכלי רכב נוסעים כגון מכוניות ואוטובוסים, ואחריהם ממשאיות משא. בעוד שבנזין הוא הדלק הנפוץ ביותר עבור כלי רכב קלים, סולר הוא הדלק העיקרי עבור כלי רכב מסחריים כגון משאיות ואוטובוסים.

הסיבה לכך היא שלתערובת פחמימנים זו המתקבלת מזיקוק נפט גולמי יש יעילות מנוע גבוהה יותר.

לדיזל יש למעשה 25% ל 35% יעילות דלק טובה יותר מבנזין, מה שהופך אותו לאפשרות הטובה ביותר עבור כלי רכב מסחריים. מלבד צריכת דלק טובה יותר, מנועי דיזל מספקים תאוצה ופוטנציאל גרירה טובים יותר, דורשים פחות תחזוקה ומציעים עמידות רבה יותר.

אבל באותו הזמן, סולר הוא אחד התורמים הגדולים ביותר לזיהום אוויר באמצעות מזהמים כמו פיח, פחמן חד-חמצני (CO), תחמוצות חנקן (NOx), תחמוצות גופרית (SOx), פחמימנים (HCs) וחומר חלקיקי (PM).

מנועי דיזל פולטים גם פחמן דו-חמצני (CO2), אשר, למרות היותו רעיל באופן בולט כמו גזים אחרים, הוא גז חממה משמעותי. נתונים מראים שצריכת דלק סולר היוותה כ-25% מה... סך מגזר התחבורה בארה"ב פליטת CO2 ב 2022.

כדי לסייע בהפחתת ההשפעות השליליות של סולר על בריאותנו ועל הסביבה, חוקרים מהאוניברסיטה הפדרלית לטכנולוגיה אוורי (FTO) בניגריה פנו לטכנולוגיית אמולסיית מים בדיזל (WiDE) וזיהו אותה כ... אסטרטגיה מבטיחה להפחתת זיהום ממנועי דיזל¹ תוך שמירה, או אפילו שיפור, של ביצועיהם.

פליטות דיזל: מדוע הן נותרות אתגר זיהום משמעותי

כמקור עיקרי לפליטות מזיקות, מנועי דיזל מהווים סיכונים בריאותיים חמורים, כגון בעיות נשימה ובעיות לב וכלי דם. הם גם תורמים לבעיות סביבתיות כמו ערפיח, גשם חומצי והתחממות כדור הארץ.

כדי להפחית את ההשפעה הסביבתית של מנועי הצתה דחיסה, מנועי דיזל מודרניים משתמשים בטכנולוגיות שונות לבקרת פליטות, כגון זרזי חמצון דיזל (DOCs), הפחתה קטליטית סלקטיבית (SCR), מחזור גזי פליטה (EGR) ומסנני חלקיקי דיזל (DPFs).

בעוד שטכנולוגיות אלו יכולות לעזור הפחתת פליטות, הם לא עושים את זה לגמרי, ובנוסף לכך, הם מגדילים את העלות והמורכבות של המנועים.

לדוגמה, DOC מפחית ביעילות CO ו-HC אך יש לו השפעה מינימלית על פליטות חלקיקים ו-NOx, בעוד ש-DPF יעיל להפחתת פליטות חלקיקים אך אינו מטפל ב-CO או NOx, שניתן להפחית ביעילות על ידי EGR חסכוני, אך הוא עשוי להגביר מעט את פליטות החלקיקים.

ישנן חלופות אחרות, כגון ביו-דיזל, המופק מביומסה והצליח להפחית משמעותית את פליטות החלקיקים החלקיקים (PM), הפחמן הדו-חמצני (CO) והחמצן (HC), אך שוב, הוא עשוי להגביר את פליטות ה-NOx.

היווצרות NOx ו-PM, כפי שציינו חוקרי FTO במחקרם, תלויות בטמפרטורה ומציגות קשר הפוך, כלומר הפחתת האחד מגבירה לעיתים קרובות את השני.

פתרון לבעיה זו הוא החדרת מים לתא הבעירה, מה שמפחית באופן משמעותי את פליטות ה-NOx וה-PM. כיום, ישנן מספר דרכים שונות להכניס מים למנועי דיזל. זה כולל חיטוי מים בסעפת היניקה (FWIM) והזרקת מים (DWI), אשר מפחיתות את פליטות ה-NOx וה-PM אך עשויות להגביר את פליטות ה-HC וה-CO.

יש עוד דרך קלה אך יעילה להפחית את זיהום האוויר ממנועי דיזל, והיא תחליב מים בדיזל (WiDE).

WiDE: הארכת תוחלת החיים של דיזל בעולם של הפחתת פחמן

ערבוב מים לתוך דיזל, בהקלה על ידי חומרים פעילי שטח, מראה השפעות חיוביות על הפחתת פליטות, ביצועי המנוע ויעילות הבעירה. טכניקה זו יכולה למעשה להפחית את פליטות הגזים וה-NOx ביותר מ-60% תוך שמירה על ביצועים חזקים, או אפילו לשפר לעיתים את יעילות המנוע.

אפשרות נקייה זו, אשר מורידה את טמפרטורת הבעירה, מקצרת את משך הבעירה בטמפרטורה גבוהה, מגבירה את תנופת הסילון ומשפרת את צריכת הדלק, פועלת במנועי דיזל קיימים ללא שינוי.

טכנולוגיית WiDE: כיצד מים בדיזל מפחיתים פליטות ומשפרים ביצועים

כאשר מערבבים סולר, הוא נוטה לצוף בחלקו העליון מכיוון שהוא קל יותר ממים. דלק אמולסיה, לעומת זאת, הוא תערובת של שני נוזלים שאינם ניתנים לערבוב לחלוטין, כאשר חומר אחד מפוזר על פני השני. לכן, האמולסיה נוצרת באמצעות טכניקות עתירות אנרגיה בעזרת חומרים פעילי שטח.

כדי שמנוע דיזל יפעל על דלק אמולסיה, זמן יציבות WiDE הוא קריטי, שכן ירידה ביציבות האמולסיה בזמן שהמנוע פועל תשפיע לרעה על מערכת הבעירה ותגרום לכשל בטרם עת של המנוע.

כימיקלים מיוחדים הנקראים חומרים פעילי שטח ממלאים תפקיד חיוני בשמירה על ערבוב אחיד של סולר ומים. הם יוצרים אמולסיות יציבות על ידי הפחתת מתח הפנים ביניהם, ובכך קושרים אותם יחד ביעילות.

אז, בטכנולוגיית WiDE, טיפות מים קטנות מאוד מעורבבות בדלק סולר, ומוסיפים חומרים פעילי שטח כדי לשמור על תערובת אחידה, מה שמאפשר לאמולסיה להישאר יציבה עד 60 יום. כאשר שילוב זה נשרף בתוך המנוע, טיפות המים מתאדות במהירות, וגורמות לתופעה המכונה "מיקרו-פיצוץ" שמפרק את הדלק לחלקיקים עדינים יותר.

זה משפר את ערבוב האוויר והדלק במהלך הבעירה, מוריד את טמפרטורות הבעירה השיא ומפחית את היווצרותן של תחמוצות חנקן. הבעירה המלאה מפחיתה גם את פליטת הפיח והחלקיקים הפחמניים.

בהינתן הפוטנציאל של טכניקה פשוטה זו להפחית משמעותית את זיהום האוויר ממנועי דיזל, מבלי לדרוש עיצוב מחדש של המנוע, חוקרים ב-FUTO בחנו לעומק את הטכנולוגיה ואת הבטחתה כדרך מהירה לשימוש נקי יותר בדלק דיזל על ידי ניתוח מחקרים מרחבי העולם.

על פי מחקרים שנבדקו בניתוח WiDE, הפעלת מנועי דיזל על WiDE יכולה להפחית באופן דרסטי פליטות מזיקות. ראוי לציין כי פליטות NOx ירדו ב-67% ו-PM ירדו ב-68% בהשוואה לדלק דיזל סטנדרטי, "מה שממצב אותו כדלק חלופי נקי יותר למנועי דיזל".

בנוסף ליתרונות סביבתיים, מספר ניסויים דיווחו גם על יתרונות ביצועים. זה כולל שיפורים ביעילות התרמית של הבלמים (BTE), המודדת את יעילות המערכת בהמרת דלק לתפוקה שימושית של עבודה. יתר על כן, מחקרים על מאפייני ביצועי מנוע אחרים, כגון עוצמת בלימה, BSFC ומומנט, מראים גם תוצאות מבטיחות עם WiDE.

אז, לא רק שמנועי WiDE מייצרים פליטה נקייה יותר, אלא שהם גם מנצלים דלק בצורה יעילה יותר.

"אמולסיות מים בדיזל הן דרך מעשית וחסכונית להפוך את מנועי הדיזל לנקיים יותר", אמר המחבר הראשי ד"ר צ'וקוומקה פורטונאטוס נאדוזי. "מכיוון שהטכנולוגיה אינה דורשת עיצוב מחדש של המנוע, היא מציעה נתיב מיידי להפחתת פליטות במדינות מתפתחות ומפותחות כאחד."

בינתיים, בחינה של חשיבותם של חומרים פעילי שטח גילתה כי בחירת החומר הפעיל שטח הנכון וריכוזו הם המפתח ליציבות האמולסיה, דבר המשפיע הן על ביצועי הדלק והן על בטיחותו.

החוקרים מצאו כי חומרים פעילי שטח מרובים מספקים את התוצאות הטובות ביותר, ומשפרים הן את יציבות תערובת הדלק והן את איכות הבעירה בתוך המנוע.

למרות התוצאות המעודדות, החוקרים הדגישו את הצורך בעבודה נוספת, תוך התמקדות בשיפור שילובי חומרים פעילי שטח והערכת ההשפעות ארוכות הטווח של האמולסיה על רכיבי המנוע.

חשוב מכך, WiDE יכול להציע דרך מעשית להפחית זיהום ממנועים הפועלים כיום ולתרום לטכנולוגיות נקיות אחרות במקום להחליף פתרונות נקיים וארוכי טווח. שילוב גישת דלק זו עם ביו-דיזל ומערכות בקרת פליטות מתקדמות, לדברי הצוות, יכול לסייע בתמיכה ביעדים רחבים יותר של אקלים ואיכות אוויר.

"טכנולוגיה זו יכולה לגשר על הפער בין שימוש בסולר קונבנציונלי לבין עתיד אנרגיה נקייה יותר", אמר פרופסור אמקה עמנואל אוגוזי, מחבר שותף. "עם ניסוח ובדיקה נכונים, היא יכולה להפוך לחלק חשוב ממערכות תחבורה בנות קיימא ואנרגיה תעשייתית."

חלופות לסולר: דלקים דלי פליטות ופתרונות תחבורה נקייה

טכנולוגיית WiDE היא רק אחת מהדרכים הרבות בהן מגזר התחבורה יכול להתמודד עם מגבלות הדיזל. החיפוש אחר חלופות נקיות יותר הוביל למגוון דלקים וטכנולוגיות הנעה שיכולות לסייע לתעשייה להשיג הפחתת פחמן לטווח ארוך. נתיב מבטיח אחד להפחתת פליטות הוא ביו-דיזל ודיזל מתחדש, שמקורם בביומסה.

ביו דיזל מיוצר על ידי טרנסאסטריפיקציה של שמנים צמחיים כמו שמן סויה, שמן חמניות, שמן קנולה ושמן דקלים, שומנים מן החי ממפעלי עיבוד בשר ושמן בישול ממוחזר ממסעדות. אצות הן מקור מבטיח נוסף לחומר גלם לביומסה.

דיזל מתחדש דומה לביו-דיזל אך מבחינה כימית הוא פחמימני שווה ערך לדיזל נפט.

מימן הוא פתרון נוסף להגבלת פליטות גזי חממה מכלי רכב מנועים באמצעות מנועי בעירה פנימית מימן (H2ICE) ו תאי דלק מימן שניהם יכולים להניע כלי רכב המשתמשים בדלק אפס פחמן.

כשמדובר ב-H2-ICE, מנועי בעירה פנימית רגילים משתמשים במימן במקום בסולר או בנזין.

כלי רכב חשמליים (FCEV) מייצרים חשמל ממימן באמצעות מכשיר הנקרא תא דלק, שבו מימן משולב עם חמצן כדי לייצר חשמל המפעיל את המנוע החשמלי, בדומה לרכב חשמלי.

בעוד שמנועי בעירה פנימית יעילים ביותר תחת עומס גבוה, מה שהופך את H2-ICE לבחירה המתאימה ביותר עבור משאיות כבדות, רכבי FCEV יעילים יותר בעומסים נמוכים יותר, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור משאיות גרירה או משאיות מערבלי בטון.

גם לרכבי H2-ICE וגם לרכבי FCEV יש פרופילי פליטה דומים, אך בעוד שהראשונים יכולים לייצר NOx וכמויות זעירות של CO2, האחרונים מייצרים רק אדי מים.

כתוצאה מכך, מספר יצרניות רכב עובדות באופן פעיל על תוכניותיהן להפעלת רכב חשמלי חשמלי (FCEV), ביניהן קבוצת BMW, טויוטה ויונדאי מוטור. לאחרונה, אלפיין חשפה גם את מכונית העל הקונספט שלה המונעת במימן, אלפיין אלפנגלאו, המפיקה 740 כוחות סוס ב-7,600 סל"ד, מגיעה לקו אדום של 9,000 סל"ד ומגיעה למהירות מרבית של 205 מייל לשעה.

אבל כפי שפורסם לאחרונה, מימן מגיע עם מחיר משלו ומכשולים בתשתית שיש להתמודד איתם באמצעות תמיכה במדיניות, השקעות ושיתופי פעולה ציבוריים-פרטיים כדי לעודד אימוץ.

בנוסף, ישנם דלקים סינתטיים, או דלקים אלקטרוניים, המיוצרים באמצעות פחמן שנלכד ומימן ירוק. דלק חלופי זה נוצר באמצעות עיבוד כימי. רוב הדלקים הסינתטיים יוצרו על ידי טיפול במקורות דלק מאובנים קיימים, כגון המרת גז טבעי לשמני דלק, הנזלת פחם והפיכתו לסולר ובנזין, ולאחרונה המרת עץ או פסולת מן החי לשמני דלק.

עם זאת, אפשרויות אלו משתמשות בפחמן מוצק או מצומצם, מה שאומר שהן משחררות CO2 לאטמוספרה. דלקים אלקטרוניים מבטלים בעיה זו על ידי הסרת התלות בדלקים מאובנים, מה שמאפשר הפחתת פחמן ממגזרים עתירי אנרגיה.

דלקים אלה מיוצרים על ידי הפקת CO2 מהאטמוספרה, ואם הפליטות הנפלטות במהלך הבעירה שוות ערך ל-CO2 המשמש לייצורם, אזי שיטה זו נחשבת ניטרלית פחמן.

כדי לסנתז דלק חשמלי, CO2 מגיע באמצעות לכידת אוויר, אשר שואב CO2 ישירות מהאטמוספרה באמצעות ממסים נוזליים או חומרים סופחים מוצקים, או על ידי לכידת CO2 הנפלט מתהליכים תעשייתיים אחרים. ה-CO2 שנלכד משולב לאחר מכן עם מימן ועובר טמפרטורות ולחצים גבוהים שהופכים אותו לפחמימנים.

יחד, פתרונות אלה מסייעים להתמודד עם ההשפעה הסביבתית של דיזל וסוללים את הדרך לעתיד תחבורה נקי ובר-קיימא יותר.

השקעה בטכנולוגיה נקייה יותר

Cummins Inc. (CMI ) היא אחת היצרניות המובילות בעולם של מנועי דיזל וגז טבעי, במיוחד עבור משאיות כבדות ויישומים תעשייתיים.

החברה משקיעה באופן פעיל בטכנולוגיות דה-קרבוניזציה, כולל מנועי מימן, תאי דלק ומערכות מתקדמות לטיפול לאחר ייצור. באמצעות אסטרטגיית "Destination Zero" שלה, Cummins עובדת על שיפור יעילות ופליטות הדיזל בטווח הקצר, תוך הרחבת פתרונות אפס פליטות לטווח הארוך.

חברת פתרונות החשמל הגלובלית פועלת באמצעות מספר מגזרי פעילות מרכזיים.

מגזר הרכיבים מתכנן ומייצר סרנים, בלמים, קווי הנעה ומערכות מתלים, בעוד שמגזר מערכות החשמל מתמקד באלטרנטורים ובמערכות גנרטורים ראשיות. מגזר Accelera מייצר ותומך במערכות חשמל מחושמלות, כולל טכנולוגיות סוללות, תאי דלק והנעה חשמלית, כמו גם טכנולוגיות ייצור מימן. לאחר מכן ישנו מגזר המנועים, המייצר מגוון מנועים המונעים בגז טבעי ובדיזל, בעוד שמגזר ההפצה תומך במערכות לייצור חשמל, מנועים בעלי הספק גבוה ומנועים כבדים ובינוניים.

איזון בין חדשנות בדיזל לבין יעדי מעבר אנרגטי ארוכי טווח עזר למניית CMI לטפס ב-6.65% מתחילת השנה וב-68.78% בשנה האחרונה, וכעת היא נסחרת במחיר של 543.42 דולר. עם זאת, למניה Cummins, שווי שוק של 75 מיליארד דולר, יש רווח למניה (ETM) של 20.51 ומכפיל רווח (ETM) של 26.54. היא משלמת תשואת דיבידנד של 1.47%.

בכל הנוגע למצבה הפיננסי של החברה, Cummins רשמה הכנסות של 33.7 מיליארד דולר עבור שנת 2025 כולה. מגזרי החלוקה ומערכות החשמל שלה השיגו שיא במכירות וברווחיות בשנה שעברה, המונעים על ידי "ביקוש חזק לחשמל לגיבוי למרכזי נתונים". הרווח הנקי שלה לפי GAAP לתקופה עמד על 2.8 מיליארד דולר, והרווח למניה מדולל עמד על 20.50 דולר.

הדיבידנד במזומן הוגדל זו השנה ה-16 ברציפות, כאשר קאמינס החזירה קצת יותר ממיליארד דולר לבעלי המניות באמצעות דיבידנדים.

"תוצאות תפעוליות חזקות" אלו הגיעו "למרות חולשה מתמשכת בשווקי המשאיות בצפון אמריקה", כאשר המנכ"לית ג'ניפר רומזי ציינה כי "2025 סימנה שנה היסטורית עבור קאמינס, כאשר עשינו התקדמות משמעותית בקידום סדרי עדיפויות אסטרטגיים מרכזיים תוך המשך שיפור הביצועים ממחזור למחזור".

עבור שנת 2025 כולה, דיווחה Cummins גם על 458 מיליון דולר, או 3.28 דולר למניה מדוללת, בהוצאות הקשורות לעסקי האלקטרוליזר בתוך Accelera. צעד זה ננקט כחלק מסקירה אסטרטגית שהחלה בתגובה לשינויים בציפיות לאימוץ מימן, לייעל את הפעילות ולהפחית עלויות שוטפות לאור תחזית הביקוש החלשה יותר.

בינתיים, ברבעון הרביעי של 2025, רשמה קאמינס הכנסות של 8.5 מיליארד דולר, רווח נקי לפי GAAP של 593 מיליון דולר ורווח למניה מדולל של 4.27 דולר.

מבחינת פלח שוק, מכירות Accelera גדלו ביותר, ב-31% ל-131 מיליון דולר, עקב עיתוי התקנות האלקטרוליזר, ואחריה Power Systems, אשר גדלה ב-11% ל-1.9 מיליארד דולר, כתוצאה מעלייה בביקוש לייצור חשמל, במיוחד בשווקי מרכזי נתונים בצפון אמריקה, סין ואסיה פסיפיק.

הביקוש למוצרי ייצור חשמל, במיוחד עבור יישומי מרכזי נתונים, סייע גם הוא להגדיל את המכירות במגזר ההפצה ב-7% ל-3.3 מיליארד דולר. לעומת זאת, מכירות מגזר הרכיבים ירדו ב-7% ל-2.4 מיליארד דולר עקב ביקוש נמוך יותר למשאיות בינוניות וכבדות בארה"ב, אך דווח על ביקוש חזק יותר באירופה ובסין. בינתיים, ביקוש נמוך יותר למשאיות בינוניות וכבדות בארה"ב ובמקסיקו הוביל לירידה של 4% במכירות במגזר המנועים.

כעת, לשנה הנוכחית, החברה צופה עלייה בהכנסות בין 3% ל-8%, עם תוכניות להמשיך לייצר תזרים מזומנים תפעולי חזק ולהחזיר 50% מתזרים המזומנים התפעולי לבעלי המניות בטווח הארוך.

"בשנת 2026, אנו צופים שהביקוש יהיה מעט טוב יותר בשווקי משאיות הכבישים המהירים בצפון אמריקה, במיוחד במחצית השנייה של השנה, בשילוב עם המשך חוזק בשווקי ייצור החשמל של מרכזי הנתונים. קאמינס נותרה ממוצבת היטב להשקיע בצמיחה עתידית, לספק תוצאות פיננסיות חזקות ולהחזיר מזומנים לבעלי המניות בשנת 2026."

– רומזי

חדשות והתפתחויות אחרונות על מניית Cummins Inc. (CMI)

סיכום

בעוד שהם חלק בלתי נפרד מתעשיות רבות הודות לעמידותם, יעילותם הגבוהה ומומנט הכוח המשמעותי, מנועי דיזל הם גם מקור עיקרי לפליטות מזיקות, כולל NOx, PM, CO, HC ו-SO2, אשר מהווים סיכונים בריאותיים חמורים ואינם תואמים את יעדי האקלים ואיכות האוויר הגלובליים.

טכנולוגיית אמולסיית מים בדיזל (WiDE) מציגה פתרון משכנע כאן. על ידי הפחתה משמעותית של פליטות מזיקות מבלי לדרוש תכנון מחדש של המנוע, היא מציעה דרך מעשית וחסכונית לבעירה נקייה יותר.

למרות שאינו תחליף קבוע לטכנולוגיות אפס פליטות, WiDE יכול למלא תפקיד מכריע במעבר. בשילוב עם חידושים אחרים כמו תערובות ביו-דיזל ודלקים נקיים מתפתחים, הוא מסייע לגשר על הפער בין תלות בסולר מדור קודם לבין עתיד אנרגיה בת קיימא.

הפניות

^{1. Nnadozie, CF, Onuoha, CP, Oguzie, EE, & Emereibeole, EI (2025). התקדמות באסטרטגיות להפחתת פליטות דיזל: התמקדות בטכנולוגיית אמולסיית מים בדיזל. מחקר פחמן, 4 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}