作者：吴焕芹 钟诗清
来源：《科技创新导报》 2015年第7期
吴焕芹 钟诗清
(武汉理工大学华夏学院 湖北武汉 430223）
摘 要：随着汽车保有量的增长，人类将面临更加严峻的石油资源的危机和挑战。寻适合本国国情的代用燃料已成为各国研究的重点。该文首先介绍了汽油和柴油等传统燃料的特点，接着对比分析了天然气、氢能、醇类燃料、生物柴油等几种主要的车用替代燃料的制作方法、使用范围、特点，展望了车用燃料未来发展趋势，总结出我国可以走技术多样化、能源多元化的道路，最终探索出一条具有中国特的汽车产业发展道路。 漂浮箱 关键词：汽车 传统燃料 代用燃料 发展趋势
中图分类号：U473
文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)03(a)-0047-02
能源是汽车的血液，是车辆的动力源。自1886年世界上第一辆汽车诞生至今，汽油和柴油作为主要能源在汽车上得到普遍应用。这种以石油制品为燃料的汽车在安全、方便、舒适、价廉等方面取得了重大的进展，得到人们的认可。进入21世纪，汽车保有量骤增，汽油和柴油消耗大幅上升，伴随石油储量的下降和人们节能、环保意识的增强，各种替代能源如雨后春笋般涌现。孰优孰劣，谁会在21世纪成为汽车主流能源，有待进一步的分析。
1 传统燃料
现阶段科学技术水平条件下，人们已经广泛使用，且技术上比较成熟的能源，就叫传统能源。车用传统能源主要是汽油和柴油。
1.1 汽油
汽油是石油制品，由石油分馏或重质馏分裂化制得。汽油组分可通过原油蒸馏、热裂化、加氢裂化、催化重整、催化裂化等过程产生。但从原油蒸馏装置生产的直馏汽油，不能直接用作发动机燃料，应调配、精制，以制得清洁车用汽油。
汽油为透明液体，无至淡黄，易流动；沸点范围为30℃～205℃，热值约为44000kJ/kg，在空气中易燃、易爆；具有较高的辛烷值和优良的抗爆性，可适当增大压缩比，是发动机功率提高，降低
燃料的消耗量；蒸发性和燃烧性良好，以确保发动机平稳运转，完全燃烧，积炭少；性较好，早期氧化变质不容易在贮运和使用过程中发生，不会腐蚀发动机部件及储油容器。
医用呼叫器 1.2 柴油
和汽油一样，柴油也是石油制品。蒸馏石油的过程中，馏分有200～350℃之间的温度时就叫柴油[1]。柴油有轻柴油和重柴油两种，高速柴油机通常用轻柴油，而中、低速柴油机适合用重柴油。汽车柴油机均为高速柴油机，所以要用轻柴油。�
为使高速柴油机高效、正常地运作，轻柴油的使用性能应有较好的低温流动性、发火性、化学性、防腐性、适当的粘度和蒸发性等。
2 代用燃料
代用能源是指能够代替汽油和柴油，给汽车提供动力的能源。市面上的代用能源主要有天然气、醇类、电能、生物质能等。这些能源的利用有利于缓解地球石油危机。
2.1 天然气
天然气主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层，有较为丰富的来源。世界探明的天燃气储
量与石油差不多，根据近年来的勘察情况，全世界的天然气可开采约60年，石油则可开采40年左右。但在我国，天然气可达上百年的开采时间，而石油仅有短短20年[2]。
天然气是一种无、无味的气体；汽车使用天然气为燃料时，燃烧完全，产生二氧化碳少，燃烧产物几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，造成温室效应的可能性低，对大气污染小，是一种绿环保的能源；天然气无毒、易散发，比重轻于空气，不宜积聚成爆炸性气体，在汽车正常温度和压力下使用时，较之汽油更不容易爆炸，是一种安全可靠的能源；天然气较之汽油辛烷值高，抗爆性更好；使用天然气时，机油不用经常注入且火花塞也不用经常更换，相较于柴油和汽油，节约的维修费用在50%以上；因资源比较丰富，天然气价格相对便宜，且使用天然气可以节约汽车成本。
目前，全世界已有30多个国家拥有150万辆天然气汽车（NGV），多是针对天然气燃料性质进行改进设计的天然气发动机汽车，新西兰、阿根廷、印度尼西亚、巴西、美国、日本和意大利等是主要分布的国家。国内也已具有汽油机改装成汽油、天然气两种燃料并用，柴油机改装成纯天然气汽车或柴油引燃，天然气、柴油复合燃料汽车的机械式改装技术。
网络电视直播系统 天然气汽车在国内外有较快发展，日趋成熟的改装技术，使天然气汽车有了越来越广泛的应用，产生的经济效益以及社会效益也很明显，不过天然气汽车也存在着一些问题。如天然气发动机动力性较低；零件腐蚀和磨损较快；天然气密度低，贮存不太方便等。
2.2 氢能
氢是宇宙的重要组成成分，氢能资源丰富，而且还是一种洁净的可再生能源。氢气可以通过煤、天然气等化石能源与水反应来制取；可以利用生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法来提取；可以利用太阳能、风能、地热能等电解水制取；也可以通过回收各种化工过程副产品氢气，如氯碱工业、冶金工业等，储存起来，用作汽车燃料。
氢能在汽车上使用时，燃烧产物是水，是世界上最干净的能源，而且燃烧反应生成的水可再用来制备氢，可以循环使用；氢气发热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍；氢能燃烧性好，与汽油和柴油相比，氢容易点燃且点燃快，含氢量在3％－97％范围内均可燃。
现阶段氢能在汽车上的使用方式主要有三种:
(1)氢气在内燃机内的直接燃烧，即氢气内燃发动机汽车[3]。这种汽车，发动机改动不大；氢能成本低，一公斤氢气的生产成本不到12元，比使用汽油便宜很多；氢气内燃机蓄势里程长，充氢时间短，最高时速可达155km，一次充氢气仅用3min，续驶里程达830km，超过一般汽油汽车。
(2)氢燃料电池电动车。这种车有很高的驱动效率，本田公司生产的氢动力汽车FCXClarity，燃料效率是是油电混合车的2倍，是传统汽油动力车的3倍。
(3)采用车载氢氧机的方式。该方案是用汽车上蓄电池的电力来电解水，通过进风口将所产生的氢氧混合气吸入汽车内燃机中，混合传统的汽油、天然气或柴油一起烧。该方法节能减排已通过实践证明是可行的，是普及氢能的一个过渡，虽没将传统燃料完全替代，不过节能减排投资少，见效快，更容易被消费者所接受。
鉴于氢气清洁、高效率、零污染、轻质量等特点，氢动力汽车在适应性、环保性和经济性等多方面均前景良好。但两种氢能汽车方案氢燃料电池电动汽车和氢内燃机汽车，均面临的现实问题就是储存成本和制氢成本高。
2.3 醇类燃料
汽车上用的醇类燃料主要是甲醇和乙醇。甲醇可以通过煤炭、天然气等制取；还可以利用合成氨制取合成气进行联产甲醇[4]。乙醇主要来自谷物，通过玉米、甘蔗、薯类等农作物及木质纤维素的发酵提取而来。
止动环 甲醇(cH3oH)是无、略有臭味的透明液体，具吸水性，可按任何比例与水混合。辛烷值较高，抗爆性能良好；有很大的汽化潜热，可使进气温度降低，提高充气效率，减低最高燃烧温度，降低发动机的NOx排放；常温下为液体，储存容易，携带方便；甲醇燃料的挥发性较好，火焰传播速度快，有利于混合气的着火燃烧。
甲醇燃料在汽车上的应用， 一般采用将一定比例的甲醇与汽油混合燃烧，该应用发动机结构不需要做太大改变，已在美国、意大利、奥地利、瑞典、新西兰等国家商品化；甲醇还可以直接用在内燃机上，世界各大汽车厂都在积极研究开发，并对很多不同方案的甲醇燃料汽车进行了示范；另外，还可以把甲醇裂解成氢气、制造二甲醇(DME)和燃料电池，或通过发动机的余热将甲醇分解成一氧化碳和氢气，再输入发动机助燃。
作为很好的燃料，乙醇燃料以纯烧或掺烧方式成功地用在了汽油机上，美国、巴西已应用了很多年的汽油醇（gasohol）混合燃料，有非常成熟的技术。柴油机上掺烧乙醇比较困难，纯烧需用柴油引燃或点火塞点燃，要对燃烧系统做较大改动。
2.4 生物柴油
以工程微藻等水生植物油脂或野生油料植物及餐饮垃圾油、动物油脂等为原料，通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料，叫生物柴油(Biodiesel)。
母鸡接鸡蛋 生物柴油含水率较高，最大可达30%～45%，利于油黏度的降低、稳定性的提高；pH值低，须用抗酸耐腐蚀的材料的贮存装置；硫含量低，硫化物和二氧化硫的排放少；有高达98%的生物降解性，降解速率迅速，比普通柴油高2倍，使意外泄漏对环境造成的污染大大减轻，具有优良的环保特性；闪点高，运输、储存、使用安全可靠；具有较好的低温起动性能，十六烷值高，燃烧性能优于柴油。
生物柴油作为汽车一种替代燃料，不需要对发动机进行改动，直接添加即可，同时储存设备、加油设备及人员的特殊技术训练无需另外添设。雪铁龙集团已经成功通过了生物柴油10万公里的燃烧试验；生物柴油还可以与柴油混合使用，世界各国大多使用20%生物柴油与80%柴油混配[5]，达到预期效果。
作为典型的绿能源，生物柴油的大力发展对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染有重要的战略意义。欧盟曾确立计划，要在2010年至少生产440万t生物柴油。日本在长野和东京有四家利用废食用油生产生物柴油的工厂。我国地大物博，水热资源分布各异，植被繁多，有种类丰富的能源资源，因此有足够的原料资源来发展生物柴油。
2.5 电能母鸡接鸡蛋
作为二次能源，电能来源广，风能、水能、核能等任何一种其他形式的能源都是其来源；结构简单、方便维修、噪声小、能源利用率高、无污染等是使用电能汽车具有的优点。
目前，电能在汽车上的应用主要有两种形式，电车和电动汽车。电车即车从车顶上的高架电线获得电力，该形式仅适用于固定路线运行的车辆，如公交车，班车等。电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合安全法规、道路交通各项要求的车辆。高成本、较长的蓄电池充电时间、较短使用寿命、密度较低的电池能量以及由此而引发的动力性不足、续驶里程短、体积质量大，
等等这些问题都是电动汽车无法避免的。
近30年来，随着能源意识、环保意识空前强化，电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。据当前世界能源的发展形势、电动汽车基础能源的多样性及对电动汽车的重视程度和研究势头，预计一二十年内，电动汽车会从实验车型变成真正的商品，并在汽车市场占据一定的优势。直到21世纪中叶，汽车的主要品种之一将是电动汽车。2l世纪后期，汽车市场的领头羊或是电动汽车，或许也是公交领域的主力车型。
3 车用能源的发展趋势
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