F1计划如何过渡到“100%可持续燃料”_科技

　　f1正处在一个十字路口。在环保意识从未如此重要的时代，赛车运动的巅峰是高辛烷值刺激和过度的代名词。这项运动已经发誓要在2030年之前实现碳中和，但一个巨大的飞跃即将到来，2026年将对汽车的动力方式进行彻底改革。但是有什么变化，一项以耗油引擎闻名的运动真的能走向绿色吗?

　　这项运动并没有真正的选择，彼得·温莎(Peter Windsor)解释说，他是威廉姆斯车队的前赛事经理，曾赢得F1世界锦标赛。他说，一级方程式赛车的重量级选手非常希望看到这项运动遵循可持续性和净碳排放的路线。“他们都意识到，他们将会孤立一小部分业务，但如果他们继续沿着这条路走下去，他们将会得到弥补。”当然，问题在于如何在一个快速、喧闹、壮观的电视节目与那些自我强加的义务之间取得平衡。如今，全球观众观看这个节目的人数超过了奥运会或世界杯。

　　新的方向在将于2026年实施的最新法规变化中很明确。第一个重大更新是车队必须确保他们的赛车产生50%的动力来自电力-这是一个巨大的飞跃，目前的混合动力组件产生120-350kW。这是在再生制动之上，它允许汽车在减速时从动能中每圈回收约8.5MJ。温莎说:“在f1的心目中，实现50%的电动化是非常重要的一步。”

　　不过，该系列并不能进一步推动电动赛车的发展。2011年，赛车运动的管理机构国际汽联(FIA)构思了一个电动汽车系列——电动方程式(Formula E)，并授予其电动单座赛车的独家许可。这个竞争对手系列已经大大改进了能量存储，从每场比赛使用两辆车(因为电池会耗尽)到完成一场有多余能量的比赛;现在已经扩展到越野电动赛车，吸引了世界冠军刘易斯·汉密尔顿爵士和尼科·罗斯伯格的车队。同样，其他替代传统燃料的绿色能源，比如氢能源，也不太可行:技术还没有成熟。虽然原型赛车已经开发出来，但勒芒24小时耐力赛的氢动力系列至少要推迟到2027年。一级方程式赛车被逼入绝境:它需要坚持使用混合动力引擎。

　　团队也只能做这么多来改进他们的机器。F1赛车已经拥有世界上最高效的内燃机，热效率超过50%，而普通公路车的热效率为30%。这与更好的电池相结合，将汽车比赛所需的燃料量从十年前的160公斤减少到70公斤——相当于一辆普通汽车的满油箱。但这仍不足以实现这项运动的目标。相反，2026年的规则着眼于燃料本身。

　　目前，一级方程式赛车使用E10燃料，其中含有10%的乙醇，由玉米等作物生产。这一配额直到2022年才引入，从理论上讲，这将使F1落后于其竞争对手——美国纳斯卡(NASCAR)自2011年以来一直使用15%的乙醇。然而，并不是一切都像它看起来的那样。美国全国广播公司(NBC)纳斯卡解说团队成员、物理学家黛安德拉?莱斯利-佩莱克基(Diandra Leslie-Pelecky)说，F1是在创新，纳斯卡是在营销。“你可以在加油站买到E15——乙醇的支持者认为这是提高他们知名度的好方法。”但一旦[纳斯卡改变]里程下降-这不是一个特别有效的燃料。在纳斯卡，一切都与营销有关。”

　　f1的兴趣并不是那么肤浅，它的计划要激进得多。从2026年开始，车队使用的所有燃料(每个车队都有自己的供应商)必须来自完全可持续的来源。国际汽联批准使用一种燃料的要求还要求它是一种插入式技术:可以用于世界上仍在使用汽油发动机的10亿辆公路汽车中的任何一辆。这意味着要从非化石资源中制造燃料。

　　自2010年以来，一级方程式比赛期间禁止加油。因此，赛车必须携带足够的燃料，以确保他们能够完成比赛

　　这是冠军多年来一直看到的一项创新。2019年，曾带领威廉姆斯、迈凯轮和梅赛德斯等车队12次获得世界冠军的车队负责人帕迪·洛(Paddy Lowe)退出了这项运动，成为Zero的联合创始人，该公司专门生产用电解器制造的非生物、碳中性“电子燃料”。该公司的投资者包括前F1世界冠军达蒙·希尔(Damon Hill)， Zero已经签约为索伯车队提供2026年的电子燃料。Zero并不是唯一一家追逐电子燃料的公司:沙特阿拉伯拥有的阿美石油公司(Aramco)也在进军合成燃料领域，并将为阿斯顿马丁F1车队提供燃料，而埃克森美孚(Exxon Mobil)也在生产自己的电子燃料。

　　这些合成燃料利用环境中的水和二氧化碳来制造碳氢化合物链。首先，你用电解把水分子分解成氢和氧。同时，直接空气捕获(DAC)用于捕获空气中的二氧化碳;有多种不同的方法，例如使用氢氧化钠作为吸附剂。来自电解槽的氢气和DAC的二氧化碳被吸入反向水气转换反应器，将二氧化碳和氢气转化为一氧化碳和水。(洛指出，这也可以通过电解来实现)。最后，从电解槽中产生的一氧化碳和更多的氢混合成合成气，然后进行费托反应。1925年，弗朗茨·菲舍尔(Franz Fischer)和汉斯·托普施(Hans Tropsch)首先开发了这一技术，这是一系列使用金属催化剂(通常是铁或钴)在150-300℃的高温和高压下进行的反应，裂解C - o键，形成C - C键。结果是，从大约1.46公斤的水和3.07公斤的空气中的二氧化碳中，你可以产生1公斤的碳氢化合物和3.53公斤的氧气。

　　这种生产方法并不新鲜。在第二次世界大战期间，德国人使用的燃料中约有9%是通过费托法生产的。然而，尽管电子燃料看起来像哈伯过程一样令人印象深刻，但它们也有非常相似的缺点:运行电解槽和一系列高温高压反应是能源密集型的，最终产生的碳排放可能比节省的还要多。这意味着最大的悬而未决的问题之一是可扩展性:虽然使用可再生能源的电力可以生产足够多的电子燃料来供应车队，但目前还不清楚合成燃料是否能在道路上发挥作用。

　　这仅仅是洗白吗?2022年，一级方程式自己的报告发现，在2019赛季的25.6万吨二氧化碳排放中，只有0.7%来自赛车本身:45%来自在世界各地移动赛车和设备的物流，27.7%来自运送工作人员到赛事现场。然而，尽管f1的赞助商仍然由石油公司主导(温莎说，如果石油公司的钱全部消失，这将是f1商业模式的一个大漏洞)，但将这些变化视为企业活动的烟幕也不公平。

　　温莎说:“与我交谈过的石油公司的工程师们都表示，还有很大的空间可以做一些事情。”他们喜欢这种协同效应，既能与f1的发动机供应商合作，又能制造一种配方特殊的燃料。温莎补充说，焦点的变化也决定了这项运动吸引的是谁。“有趣的是，随着2026年规则越来越近，我们有新的制造商加入这项运动。奥迪是最明显的，但福特和本田也在获得回报。

　　大奖赛周末的平均上座率接近30万人。还有数百万人在电视上观看

　　莱斯利-佩莱克基说，正是这种转变为了解幕后发生的事情提供了最大的线索。她说，赛车运动取决于制造商和赞助商想做什么。“缺点是，他们被束缚在谁想要在智力和经济上支持(一个想法)。但积极的一面是，这里有杠杆作用。“将像电子燃料这样的技术引入到一项运动中，也让车迷们了解了最新的科学进展，一级方程式赛车对公众的看法产生了影响。”“我敢打赌，更多的纳斯卡球迷知道乙醇，因为每次比赛休息时，他们都会挥舞着生物乙醇的旗帜!”Leslie-Pelecky补充道。这是一个巨大的杠杆，因为你得到了人们的关注。

　　虽然可持续燃料只是这项运动到2030年实现碳中和的一步，但F1可以向其批评者指出赛车运动带来的惊人创新遗产:从安全变化到涡轮增压器，更好的动力和能量密度汽车电池，主动悬架，碳纤维，盘式制动器和提高燃油效率的空气动力学。作为世界上最快的研发实验室，它可能是找到有关电子燃料的一些问题的答案所需要的动力。“f1是一项以工程为主导的运动，”温莎说，“f1中任何工程训练的发展速度都可能超过其他任何学科，包括美国宇航局……如果有人要为世界找到(解决方案)，那就是f1。”

　　我是一个科学冒险家，我去过90多个国家寻找最精彩的化学故事。我最初是一名药剂师，后来进入科学新闻行业，最终加入了《化学世界》的团队，并于2019年离职，从事科普书籍方面的职业。我的第一本《超重》入围了美国科学促进会(AAAS)颁发的“科学书籍卓越奖”(suburban Prize for Excellence in Science Books)，第二本《赛车绿色》(Racing Green)被评为RAC年度赛车书籍。我拥有科学史博士学位，在英国法尔茅斯大学教授新闻学。查看完整档案