WiDE: Збільшення терміну служби дизельного палива у світі декарбонізації

Транспорт становить приблизно одна п'ята світових викидів CO2, причому лише автомобільний транспорт відповідає за три чверті цих викидів.

Більшість цих викидів від дорожнього транспорту походить від легкових автомобілів, таких як автомобілі та автобуси, а також від вантажних вантажівок. Хоча бензин є найпоширенішим паливом для легкових автомобілів, дизельне паливо є основним паливом для комерційних транспортних засобів, таких як вантажівки та автобуси.

Це тому, що ця суміш вуглеводнів, отримана шляхом дистиляції сирої нафти, має вищий ККД двигуна.

Дизель насправді має 25% до 35% краща паливна ефективність, ніж бензин, що робить його найкращим варіантом для комерційних транспортних засобів. Окрім кращої паливної економії, дизельні двигуни забезпечують краще прискорення та потенціал буксирування та перевезення, потребують менше технічного обслуговування та пропонують більшу довговічність.

Але водночас дизельне паливо є одним з найбільших забруднювачів повітря через такі забруднювачі, як сажа, чадний газ (CO), оксиди азоту (NOx), оксиди сірки (SOx), вуглеводні (HCs) та тверді частинки (PM).

Дизельні двигуни також викидають вуглекислий газ (CO2), який, хоча й є досить токсичним, як і інші гази, є значним парниковим газом. Дані показують, що споживання дизельного палива становило близько 25% загальний транспортний сектор США викиди CO2 В 2022.

Щоб зменшити негативний вплив дизельного палива на наше здоров'я та навколишнє середовище, дослідники з Федерального технологічного університету Оверрі (FTO) у Нігерії звернулися до технології емульсії води в дизельному паливі (WiDE) та визначили її як... перспективна стратегія зменшення забруднення від дизельних двигунів¹ зберігаючи або навіть покращуючи свою продуктивність.

Викиди дизельних двигунів: чому вони залишаються основною проблемою забруднення

Як основне джерело шкідливих викидів, дизельні двигуни створюють серйозні ризики для здоров'я, такі як проблеми з диханням та серцево-судинною системою. Вони також сприяють екологічним проблемам, таким як смог, кислотні дощі та глобальне потепління.

Щоб зменшити вплив на навколишнє середовище двигунів із запалюванням від стиснення, сучасні дизельні двигуни використовують різні технології контролю викидів, такі як каталізатори окислення дизельних двигунів (DOC), селективне каталітичне відновлення (SCR), рециркуляція вихлопних газів (EGR) та сажові фільтри (DPF).

Хоча ці технології можуть допомогти зменшити викиди, вони не роблять цього повністю, і до того ж вони збільшують вартість і складність двигунів.

Наприклад, DOC ефективно зменшує викиди CO та HC, але має мінімальний вплив на викиди твердих частинок та NOx, тоді як DPF ефективний для зменшення викидів твердих частинок, але не вирішує проблему CO або NOx, яку можна ефективно зменшити за допомогою економічно ефективної системи рециркуляції відпрацьованих газів (EGR), але вона може дещо збільшити викиди твердих частинок.

Існують інші альтернативи, такі як біодизель, який отримують з біомаси та успішно суттєво зменшує викиди твердих частинок (PM), CO2 та HC, але знову ж таки, він може збільшити викиди NOx.

Утворення NOx та PM, як зазначили дослідники FTO у своєму дослідженні, залежить від температури та демонструє обернену залежність, тобто зменшення одного часто збільшує інше.

Рішенням цієї проблеми є подача води в камеру згоряння, що суттєво зменшує викиди NOx та PM. Зараз існує кілька різних способів подачі води в дизельні двигуни. Це включає фумігацію води у впускний колектор (FWIM) та впорскування води (DWI), що зменшує викиди NOx та PM, але може збільшити викиди HC та CO.

Існує ще один простий, але ефективний спосіб зменшити забруднення дизельним двигуном, і це емульсія «вода в дизельному паливі» (WiDE).

WiDE: Збільшення терміну служби дизельного палива у світі декарбонізації

Змішування води з дизельним паливом, що полегшується поверхнево-активними речовинами, позитивно впливає на зниження викидів, продуктивність двигуна та ефективність згоряння. Ця техніка може фактично скоротити викиди NOx у спортивному режимі більш ніж на 60%, зберігаючи при цьому високу продуктивність або навіть підвищуючи ефективність двигуна.

Цей чистіший варіант, який знижує температуру згоряння, зменшує тривалість горіння за високих температур, збільшує імпульс струменя та підвищує економію палива, працює в існуючих дизельних двигунах без модифікацій.

Технологія WiDE: Як вода в дизельному паливі зменшує викиди та покращує продуктивність

При змішуванні дизельне паливо має тенденцію плавати на поверхні, оскільки воно легше за воду. Однак емульсійне паливо – це суміш двох незмішуваних рідин, які не можуть повністю змішатися, причому одна речовина розподілена в іншій. Тому емульсія створюється за допомогою високоенергетичних методів за допомогою поверхнево-активних речовин.

Для роботи дизельного двигуна на емульсійному паливі час стабільності WiDE є критично важливим, оскільки зниження стабільності емульсії під час роботи двигуна негативно вплине на систему згоряння та призведе до передчасного виходу двигуна з ладу.

Спеціальні хімічні речовини, які називаються поверхнево-активними речовинами, відіграють важливу роль у підтримці рівномірного змішування дизельного палива та води. Вони створюють стабільні емульсії, зменшуючи поверхневий натяг між ними, ефективно зв'язуючи їх разом.

Отже, в технології WiDE дуже дрібні краплі води змішуються з дизельним паливом, а поверхнево-активні речовини додаються для підтримки їх рівномірної суміші, що дозволяє емульсії залишатися стабільною протягом 60 днів. Коли ця суміш згорає всередині двигуна, краплі води швидко випаровуються, викликаючи явище, відоме як «мікровибух», яке розбиває паливо на дрібніші частинки.

Це покращує змішування повітря та палива під час згоряння, знижуючи пікові температури згоряння та зменшуючи утворення оксидів азоту. Повне згоряння також зменшує викиди сажі та твердих частинок.

З огляду на потенціал цієї простої методики для значного зменшення забруднення дизельними двигунами без необхідності переробки двигуна, дослідники з FUTO глибше дослідили цю технологію та її перспективи як швидкого шляху до чистішого використання дизельного палива, проаналізувавши дослідження з усього світу.

Згідно з дослідженнями, розглянутими в аналізі WiDE, робота дизельних двигунів на WiDE може значно зменшити шкідливі викиди. Примітно, що викиди NOx знизилися на 67%, а викиди PM – на 68% порівняно зі стандартним дизельним паливом, «що позиціонує його як чистіше альтернативне паливо для дизельних двигунів».

Окрім екологічних переваг, кілька експериментів також показали покращення продуктивності. Це включає покращення теплової ефективності гальмування (BTE), яка вимірює ефективність системи в перетворенні палива на корисну роботу. Крім того, дослідження інших характеристик двигуна, таких як гальмівна потужність, коефіцієнт корисної дії гальм (BSFC) та крутний момент, також показують багатообіцяючі результати з WiDE.

Отже, двигуни WiDE не лише виробляють чистіші вихлопні гази, але й ефективніше використовують паливо.

«Емульсії «вода в дизельному паливі» – це практичний та економічно ефективний спосіб зробити дизельні двигуни чистішими», – сказав провідний автор дослідження доктор Чуквуемека Фортунатус Ннадозі. «Оскільки ця технологія не вимагає переробки двигуна, вона пропонує безпосередній шлях до зниження викидів як у країнах, що розвиваються, так і в розвинених країнах».

Тим часом, вивчення значення поверхнево-активних речовин показало, що вибір правильної поверхнево-активної речовини та її концентрації є ключем до стабільності емульсії, що впливає як на продуктивність, так і на безпеку палива.

Дослідники виявили, що кілька поверхнево-активних речовин забезпечують найкращі результати, покращуючи як стабільність паливної суміші, так і якість згоряння всередині двигуна.

Незважаючи на обнадійливі результати, дослідники наголосили на необхідності додаткової роботи, зосередившись на вдосконаленні комбінацій поверхнево-активних речовин та оцінці довгострокового впливу емульсії на компоненти двигуна.

Що ще важливіше, WiDE може запропонувати практичний спосіб зменшення забруднення від двигунів, що вже працюють, та зробити внесок у інші чисті технології, а не замінити чистіші, довгострокові рішення. Поєднання цього паливного підходу з біодизелем та передовими системами контролю викидів, за словами команди, може допомогти підтримати ширші цілі щодо клімату та якості повітря.

«Ця технологія може подолати розрив між використанням традиційного дизельного палива та чистішим енергетичним майбутнім», — сказав співавтор дослідження, професор Емека Еммануель Огузі. «За умови належного розробки та тестування вона може стати важливою частиною стійких транспортних та промислових енергетичних систем».

Альтернативи дизельному паливу: паливо з низьким рівнем викидів та екологічно чисті транспортні рішення

Технологія WiDE – це лише один із багатьох способів, за допомогою яких транспортний сектор може подолати обмеження дизельного палива. Пошук чистіших альтернатив призвів до появи низки паливних та силових технологій, які можуть допомогти галузі досягти довгострокової декарбонізації. Одним із перспективних шляхів скорочення викидів є біодизель та відновлюване дизельне паливо, які отримують з біомаси.

Біодизель виробляється шляхом переетерифікації рослинних олій, таких як соєва, соняшникова, ріпакова та пальмова, тваринних жирів з м'ясопереробних заводів та переробленої кулінарної олії з ресторанів. Водорості є ще одним перспективним джерелом біомаси як сировини.

Відновлюване дизельне паливо схоже на біодизель, але хімічно є вуглеводнем, еквівалентним нафтовому дизельному паливу.

Водень – це ще одне рішення для обмеження викидів парникових газів від автомобілів шляхом водневі двигуни внутрішнього згоряння (H2ICE) та водневі паливні елементи (FCEV). Обидва можуть живити транспортні засоби, використовуючи паливо з нульовим викидом вуглецю.

Коли йдеться про H2-ICE, звичайні двигуни внутрішнього згоряння використовують водень замість дизельного палива або бензину.

Паливні елементи (FCEV) генерують електроенергію з водню за допомогою пристрою, який називається паливним елементом, де водень поєднується з киснем для виробництва електроенергії, яка живить електродвигун, подібно до електромобіля.

Хоча двигуни внутрішнього згоряння найефективніші за високого навантаження, що робить H2-ICE найбільш підходящим вибором для важких вантажівок, електромобілі з паливом на чолі (FCEV) ефективніші за нижчих навантажень, що робить їх ідеальними для евакуаторів або автобетонозмішувачів.

Як H2-ICE, так і FCEV мають подібні профілі викидів, але в той час як перші можуть виробляти NOx та слідові кількості CO2, другі виробляють лише водяну пару.

В результаті, кілька автовиробників активно реалізують плани щодо FCEV, включаючи BMW Group, Toyota та Hyundai Motor. Нещодавно Alpine також представила свій концептуальний суперкар на водневому паливі Alpine Alpenglow, який видає 740 кінських сил при 7,600 об/хв, досягає червоної позначки 9,000 об/хв і розвиває максимальну швидкість до 205 миль/год.

Але, як нещодавно повідомлялося, водень має свою ціну та інфраструктурні перешкоди, які необхідно подолати за допомогою політичної підтримки, інвестицій та державно-приватного партнерства для стимулювання впровадження.

Також існують синтетичні види палива, або електронні види палива, що виробляються з використанням уловленого вуглецю та зеленого водню. Це альтернативне паливо створюється шляхом хімічної обробки. Більшість синтетичних видів палива виробляються шляхом обробки існуючих джерел викопного палива, таких як перетворення природного газу на мазут, скраплення вугілля та перетворення його на дизельне паливо та бензин, а останнім часом перетворення деревини або відходів тваринного походження на мазут.

Однак ці варіанти використовують твердий або секвестрований вуглець, що означає, що вони викидають CO2 в атмосферу. Електронне паливо усуває цю проблему, усуваючи залежність від викопного палива, що дозволяє декарбонізувати енергоємні сектори.

Це паливо виготовляється шляхом вилучення CO2 з атмосфери, і якщо викиди, що виділяються під час згоряння, еквівалентні CO2, використаному для їх виробництва, то цей метод вважається вуглецево-нейтральним.

Для синтезу електронного палива CO2 отримують шляхом уловлювання повітря, що висмоктує CO2 безпосередньо з навколишньої атмосфери за допомогою рідких розчинників або твердих сорбентів, або шляхом уловлювання CO2, що виділяється в результаті інших промислових процесів. Захоплений CO2 потім поєднується з воднем і піддається впливу високих температур і тиску, що перетворюють його на вуглеводні.

Разом ці рішення допомагають вирішити проблему впливу дизельного палива на навколишнє середовище та прокладають шлях до чистішого та сталішого майбутнього транспорту.

Інвестування в чистіші технології

Cummins Inc. (CMI ) є одним з провідних світових виробників дизельних та газових двигунів, особливо для важких вантажівок та промислового застосування.

Компанія активно інвестує в технології декарбонізації, включаючи водневі двигуни, паливні елементи та передові системи нейтралізації вихлопних газів. Завдяки своїй стратегії «Destination Zero» Cummins працює над підвищенням ефективності дизельних двигунів та рівня викидів у короткостроковій перспективі, одночасно масштабуючи рішення з нульовим рівнем викидів у довгостроковій перспективі.

Глобальна компанія з розробки енергетичних рішень працює через кілька ключових сегментів.

Сегмент «Компоненти» проектує та виробляє осі, гальма, трансмісії та системи підвіски, тоді як сегмент «Енергетичні системи» зосереджується на генераторах змінного струму та генераторних установках первинної потужності. Його сегмент «Accelera» виробляє та підтримує електрифіковані енергетичні системи, включаючи технології акумуляторів, паливних елементів та електричних силових агрегатів, а також технології виробництва водню. Також є сегмент «Двигуни», який виробляє низку двигунів, що працюють на природному газі та дизельному паливі, тоді як сегмент «Розподіл» підтримує системи виробництва електроенергії, потужні двигуни, а також двигуни великої та середньої вантажопідйомності.

Балансування інновацій у дизельному двигуні з довгостроковими цілями енергетичного переходу допомогло акціям CMI зрости на 6.65% з початку року та на 68.78% за останній рік, і зараз вони торгуються на рівні $543.42. Таким чином, ринкова капіталізація Cummins у розмірі $75 мільярдів має прибуток на акцію (TTM) на рівні 20.51, а коефіцієнт P/E (TTM) – 26.54. Дивідендна дохідність компанії становить 1.47%.

Що стосується фінансового становища компанії, то за весь 2025 рік дохід Cummins склав 33.7 мільярда доларів. Її сегменти розподілу та енергосистем досягли рекордних продажів та прибутковості минулого року завдяки «стабільному попиту на резервне живлення для центрів обробки даних». Чистий прибуток за GAAP за цей період склав 2.8 мільярда доларів, а розводнений прибуток на акцію – 20.50 долара.

Грошові дивіденди збільшувалися 16-й рік поспіль, і Cummins повернула акціонерам трохи більше 1 мільярда доларів у вигляді дивідендів.

Ці «сильні операційні результати» були досягнуті, «незважаючи на постійну слабкість на ринках вантажівок Північної Америки», а генеральний директор Дженніфер Рамсі заявила: «2025 рік став історичним для Cummins, оскільки ми досягли значного прогресу в просуванні ключових стратегічних пріоритетів, продовжуючи підвищувати продуктивність цикл за циклом».

За весь 2025 рік Cummins також повідомила про витрати, пов'язані з бізнесом Electrolyzer у складі Accelera, у розмірі 458 мільйонів доларів, або 3.28 долара на акцію. Цей захід було вжито в рамках стратегічного перегляду, ініційованого у відповідь на зміни в очікуваннях щодо впровадження водню, з метою оптимізації операцій та зниження поточних витрат з огляду на погіршення прогнозу попиту.

Тим часом за четвертий квартал 2025 року Cummins зафіксувала дохід у розмірі 8.5 мільярда доларів, чистий прибуток за GAAP у розмірі 593 мільйони доларів та розводнений прибуток на акцію у розмірі 4.27 долара.

У розрізі сегментів найбільше зросли продажі Accelera – на 31% до 131 мільйона доларів – через терміни встановлення електролізерів, далі йде Power Systems, продажі якої зросли на 11% до 1.9 мільярда доларів, що зумовлено зростанням попиту на виробництво електроенергії, особливо на ринках центрів обробки даних у Північній Америці, Китаї та Азіатсько-Тихоокеанському регіоні.

Попит на продукцію для виробництва електроенергії, особливо для центрів обробки даних, також допоміг збільшити продажі в сегменті дистрибуції на 7% до 3.3 млрд доларів. Натомість продажі в сегменті компонентів знизилися на 7% до 2.4 млрд доларів через зниження попиту на вантажівки середньої та важкої вантажопідйомності в США, але спостерігалося зростання попиту в Європі та Китаї. Тим часом зниження попиту на вантажівки середньої та важкої вантажопідйомності в США та Мексиці призвело до зниження продажів у сегменті двигунів на 4%.

Зараз, на поточний рік, компанія прогнозує зростання доходу від 3% до 8%, плануючи продовжувати генерувати сильний операційний грошовий потік та повертати 50% операційного грошового потоку акціонерам у довгостроковій перспективі.

«У 2026 році ми очікуємо, що попит на ринках вантажівок для автошляхів Північної Америки дещо покращиться, особливо у другій половині року, у поєднанні зі збереженням сильного становища на ринках виробництва електроенергії для центрів обробки даних. Cummins має хороші можливості для інвестування в майбутнє зростання, досягнення сильних фінансових результатів та повернення коштів акціонерам у 2026 році».

– Рамсі

Останні новини та події щодо акцій Cummins Inc. (CMI)

Висновок

Хоча дизельні двигуни є невід'ємною частиною багатьох галузей промисловості завдяки своїй довговічності, високій ефективності та значному крутному моменту, вони також є основним джерелом шкідливих викидів, включаючи NOx, PM, CO, HC та SO2, які становлять серйозну загрозу для здоров'я та несумісні з глобальними цілями щодо клімату та якості повітря.

Технологія водно-дизельної емульсії (WiDE) пропонує переконливе рішення. Значно зменшуючи шкідливі викиди без необхідності переробки двигуна, вона пропонує практичний та економічно ефективний шлях до чистішого згоряння.

Хоча WiDE не є постійною заміною технологій з нульовим рівнем викидів, вона може відіграти вирішальну перехідну роль. У поєднанні з іншими інноваціями, такими як суміші біодизельного палива та нові чисті види палива, вона допомагає подолати розрив між залежністю від традиційного дизельного палива та сталим енергетичним майбутнім.

Посилання

^{1. Ннадозі, К.Ф., Онуоха, К.П., Огузі, Е.Е. та Емерейбеоле, Е.І. (2025). Досягнення в стратегіях скорочення викидів дизельного палива: акцент на технології емульсій «вода в дизельному паливі». Дослідження вуглецю, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}