背景
發展綠色環保汽車的背景
自第一輛汽車誕生以來, 汽車為人類的文明和發展做出了巨大的貢獻, 汽車作為現代文明社會的重要交通工具, 已深入到社會生活的各個領域, 正逐漸成為人們日常生活不可缺少的組成部分。汽車是現代工業的龍頭, 對於社會進步所起的推動作用體現在很多方面。汽車的廣泛使用可以提高工作效率, 使人們行動自由並帶動相關產業的發展, 擴大社會就業。汽車在當今世界已經成為衡量一個國家綜合實力的重要指標。
全世界目前已擁有超過10億輛的汽車, 但隨著汽車的發展,其在為社會帶來正向推動力的同時, 也帶來了能源危機、環境污染、交通安全等多個方面的問題和挑戰。
（1）能源危機
據專家預測, 按照已經開發的油田數量估計, 到2050年全世界的石油就將遭遇枯竭危機。即使把已勘探到但還沒有開發的油田數量一併計算在內, 到2100年地球的石油資源也將被消耗殆盡。汽車的石油消耗比例非常高, 是石油能源的主要消耗者。在美國, 汽車的石油消耗量占石油總消耗量的67%, 在我國也達到了40%。汽車在為人們帶來方便的同時, 也的確給能源造成了巨大的壓力。
（2）環境污染
聯合國環保組織的調查顯示, 目前城市中的空氣污染有50%來自燃油汽車的廢氣排放,而在汽車擁有量最集中的歐美國家的一些城市, 空氣污染源的60%來自汽車廢氣。據測定, 汽油、柴油動力汽車排放的廢氣中所含的有害物質達160多種, 其主要有害物質成分為: 一氧化碳、一氧化氮、有機物、二氧化氮、懸浮離子、二氧化硫、二氧化碳等。這些物質會危害人們的健康, 比如懸浮離子, 如果吸入肺中, 極易導致肺癌。同時, 尾氣中的這些物質在空氣中聚集到一定程度後, 還將帶來災難性的氣候。其中二氧化碳被稱為最大的環境殺手, 當空氣中二氧化碳的濃度達到5×105mg/m 的時候,地球就會出現嚴重的氣候問題。而在2008年初, 空氣中二氧化碳的濃度已經達到3.94×10 mg/m ,如果不採取任何措施, 按照這個趨勢發展下去, 到2050年, 空氣中二氧化碳的濃度將會達到8.5×10 mg/m3, 難以想像那時候的地球將會變成什麼樣子。
（3）交通安全
根據最新的數據顯示, 目前, 道路交通死亡已經成為人類第九大死亡原因, 而到2020年,道路交通死亡率預計將再翻一番, 上升為繼癌症、抑鬱症之後的第三大死亡原因。我國每年交通事故死亡人數為10萬人左右,交通死亡率遠遠高於其他國家。我國目前的交通安全水平僅相當於已開發國家上個世紀70年代的水平。我國的年死亡人數分別是美國的2.3倍、日本的13.4倍、德國的18.4倍。中國的萬車死亡率也遠高於世界上其他國家。
多年來, 能源短缺和環境污染是制約各國經濟發展的兩個不容忽視的因素, 它們直接影響到一個國家能否獲得可持續發展的重大線路問題, 因此受到了世界各國的重視, 正在引起國際社會的密切關注。開發能夠取代汽油的新能源及以新能源為動力的汽車已成為人們關注的熱點問題。生產和使用環保型、零污染的綠色汽車, 將是未來汽車工業的最佳目標, 同時也是人類保護自身環境的最佳選擇。綠色環保汽車是新世紀汽車工業發展的方向。
主要途徑
發展綠色環保汽車, 主要有以下途徑：
提高現有汽油機、柴油機的性能和效率
（1）提高汽油機的熱效率
目前, 市場上汽油機的指示熱效率在現有基礎上有望提高8%, 發動機摩擦磨損還有降低25%的可能。採取的主要措施有: 直噴式汽油機、可變氣門定時和升程、提高壓縮比、均質混合氣壓燃著火(HCCI) 等。
（2）提高柴油機的熱效率
現行柴油機的指示熱效率還有7%的提高餘地, 摩擦磨損還有降低15%的可能。其具體措施有增壓、燃燒控制、HCCI燃燒方式、可變氣門定時和升程、可變進氣渦流、電控高壓柴油噴射等。
（3）採用發動機排氣後處理方法
採用排氣後處理方法是降低汽車排放的一種性價比最高、成本最低的方法之一。汽油機主要採用EFI結合三效催化轉換器加上電加熱型催化器( EHC) 和二次空氣等方法。現在柴油機採取的主要技術措施是: 在三效催化轉化的基礎上, 採用噴氨的電控SCR+DPF等技術措施, 進一步降低NOx和柴油機的顆粒排放。
推廣小排量汽車
要降低汽車油耗, 首先應大力提倡用小排量汽車。小排量汽車具有廉價、安全、多功能、油耗低的特點。我國如果多生產100萬輛小排量汽車, 每年即可少耗油320萬t。假設2010年小排量汽車占25%, 即可節約石油400萬t; 小排量汽車占50%, 即可節約石油1200萬t。大眾公司POLO轎車的發動機排量與百公里油耗的關係表明, 發動機排量每增加0.1L, 汽車的百公里油耗就增加0.2L。因此, 許多國家都在採取措施大力推廣和使用小排量汽車。
採用輕量化材料
世界鋁業協會的報告指出,汽車質量每減少10%, 燃油消耗就可降低6%~8%。因此, 汽車輕量化對於節約能源、減少排放、實現可持續發展戰略具有重要的意義。實現汽車輕量化的主要途徑有兩個方面: 一是結構最佳化設計; 二是採用輕量化的新材料。採用最佳化設計使零件薄壁化、中空化以除去零件的冗餘部分, 使部件零件化、複合化以減少零件數量等。輕量化材料目前主要指鋁合金、鎂合金、塑膠和非金屬基複合材料及高強度鋼等, 此外, 碳纖維、鈦合金和金屬基複合材料將有望成為新一代輕量化材料。汽車上大量採用輕量化材料, 可大大減輕汽車的質量, 達到節能、環保和安全的目的。輕量化材料與傳統的鋼鐵材料相比, 在物理、化學特性等諸多方面存在顯著差異, 導致在實際的套用中, 難以完全照搬原有的設計理念和傳統的製造技術。因此, 新材料的套用除了新材料的開發外, 還需要一系列相應的技術支持, 包括材料試驗與檢測技術、零部件設計技術、相關的製造技術、零部件維修技術和材料回收與再生技術等。隨著科技的發展, 這些材料會在汽車身上得到廣泛的套用, 汽車將越來越輕, 越來越經濟。
開發汽車代用燃料
汽車代用燃料是指除目前廣泛使用的汽油和柴油之外的所有車用燃料, 主要包括天然氣、液化石油氣、甲醇、乙醇、醚類、生物柴油、菜籽油、合成油、氫氣等。使用這些燃料的汽車稱為代用燃料汽車。發展代用燃料汽車能帶來廣泛的社會效益: 一是使能源多元化, 減少石油資源的消耗; 二是減少汽車尾氣中有害物質的排放, 改善大氣環境和人類的居住空間, 保護人類身體健康; 三是可以創造更多的就業機會。隨著石油資源的減少和各種代用燃料技術的出現, 汽車燃料結構多元化是必然的, 代用燃料汽車的發展也是必然趨勢, 各國將根據本身能源實際情況來制定能源策略。眾多的代用燃料能否成為汽車燃料並得到實際套用,取決於燃料的儲藏、分布、可利用情況、能否減少環境污染以及套用技術成熟與否。
天然氣因其儲量豐富( 與石油儲量相當) 、供應穩定、燃燒乾淨、排污少, 使得天然氣汽車成為最具發展潛力的代用燃料汽車。
乙醇是一種可再生的生物燃料, 作為燃料成分或汽油添加劑已是成熟的技術, 並在汽車上得到了套用。但如何保證低成本、穩定地獲得乙醇供應是有待解決的問題。
甲醇、二甲醚是煤基燃料,主要由煤轉化而來, 是將來汽車代用燃料的重要組成部分。但如何將煤轉化為車用燃料還有許多技術問題尚待探討, 目前技術還不夠成熟。
生物柴油來源廣泛, 是石油燃料的一種補充, 也是代用燃料汽車的一個重要組成部分。生物柴油與石化柴油的混合摻燒技術有待進一步提高, 以滿足排放要求。在生產和使用中還需要國家的相應扶持政策和補貼。
大力發展電動汽車
電驅動系統由於具有效率高、能源可以不依賴於石油燃料、在使用地點“零排放”等特點, 成為技術上替代石油燃料內燃機汽車動力的最具競爭力的系統。過去的十幾年中, 純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車得到了很大發展, 世界汽車工業正在經歷從傳統燃油汽車向未來氫燃料電池汽車的過渡和發展階段。開發利用電動汽車是發展綠色環保汽車切實可行的有效途徑。
燃料電池是把燃料中的化學能直接轉化為電能的能量轉化裝置。它的工作原理是: 將氫氣送到負極, 經過催化劑( 鉑) 的作用, 氫原子中兩個電子被分離出來, 這兩個電子在正極的吸引下, 經外部電路產生電流, 失去電子的氫離子( 質子) 可穿過質子交換膜( 即固體電解質) , 在正極與氧原子和電子重新結合為水。由於氧可以從空氣中獲得, 只要不斷給負極供應氫, 並及時把水( 蒸汽) 帶走, 燃料電池就可以不斷地提供電能。燃料電池的優點是:
a) 能量轉化效率高燃料電池的能量轉換效率可高達60%~80%, 為內燃機的2~3倍;
b) 不污染環境燃料電池的燃料是氫和氧, 生成物是清潔的水, 它本身工作不產生CO和CO,也沒有硫和微粒排出, 沒有高溫反應, 也不產生NOx, 如果使用車載的甲醇重整催化器供給氫氣, 僅會產生微量的CO和較少的CO2;
c) 壽命長燃料電池本身工作時沒有噪聲、沒有振動, 其電極僅作為化學反應的場所和導電的通道, 本身不參與化學反應,沒有損耗, 壽命長。
經90年代的研究, 燃料電池在汽車上的套用已取得重大進展, 質子交換膜電池( 簡稱PEM燃料電池) 的功率密度已大大提高, 成本大大降低。各種供給氫氣的方法, 如高壓儲氫瓶、液化氫儲存器、金屬儲氫技術都有明顯進步。
耐久性和成本是燃料電池目前面臨的主要技術難題, 如果這兩個問題獲得突破, 將迎來燃料電池汽車的美好前景。
主要類型
除汽油、柴油發動機之外所有其它能源汽車.包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。在世界能源供求均不理想的狀態下，新能源汽車已經成為了新的焦點，同時以氣代油的理念也受到了廣泛認可天然氣作為清潔性能源對環境親和，因此從長遠角度來看液化天然氣汽車將逐漸成為主導，在大力發展天然氣汽車的過程中將會帶來更為客觀的經濟效益與社會效益。
壓縮天然氣汽車
壓縮天然氣汽車(以下簡稱LNG汽車)的主要特點為:
1、節能環保是LNG汽車的主要特點
降低運營成本，具有顯著的經濟效益和社會效益隨著經濟的發展，環境污染問題日益突出汽車尾氣是城市環境污染的主要來源之一，普通汽車尾氣構成較為複雜，其中不僅僅包括一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等，同時還包括了部分固體顆粒物以二氧化硫為例，該氣體易I容於水，是導致酸雨的主要來源，而氮氧化合物危害性更大，若濃度較高將會給公眾的健康帶來顯著影響汽車尾氣會持續性地對人體呼吸系統產生J漫性作用，這會導致支氣管炎等呼吸系統疾病發生機率匕升並且會造成部分群體肺功能下降另外部分固體顆粒還會造成患者的心血管系統受到影響，情況嚴重時會造成患者神經系統出現紊亂從巨觀上來看我國近期頻繁出現了嚴重霧霆天氣，而霧霆的產生與汽車尾氣排放也有著密切的關聯霧霆主要由二氧化硫、氮氧化合物以及顆粒物組成汽車尾氣排放量越大必然會導致顆粒物含量升高使得霧霆天氣日趨嚴重而天然氣汽車這避免r匕述各種負面因素，各類有害物質大幅度下降，它對於環境的親和性顯著提高，也符合當前節能減排的要求。
2、LNG汽車安全性要比常規汽車要高
LNG汽車的主要燃料是液化天然氣，相對於傳統燃料如汽油、柴油等，液化天然氣經過燃燒後有害物質排量將大幅度下降，基於此特性也使得液化天然氣汽車的社會效益與經濟效益得以凸顯，在節能減排倡導下液化天然氣將成為主導性的華安保燃料，同時這也是低碳經濟發展戰略需求相關研究表明目前液化天然氣汽車無論是在發動機技術、配件技術、維修技術等方面均逐漸步人成熟化，另外液化天然氣汽車相關檢側系統也逐漸全面化，當出現天然氣漏出或特殊情況時系統會立即檢出並採取相關措施進行保護調控從而保證汽車整體安全性
3、天然氣汽車比常規的柴油汽車具有明顯的經濟型
相對於傳統汽車天然氣汽車具有一定的成本優勢，例如部分重型汽車若使用天然氣材料將比柴油節約}5n。左右的染料費用同時天然氣汽車發動機壽命更長，運作更穩定，維護費用更低而與電動汽車相比較，天然氣汽車具有高密度能量巨氣瓶體積小，因此無論是續航能力還是行駛距離都表現出了較大的優勢在這種特性下天然氣汽車將逐漸成為傳統汽車的替代品，並月一成為汽車行業的主導。
4、LNG汽車相比傳統汽車綜合優勢突出
由於天然氣汽車具有理想的能量密度，相同容積條件下罐裝天然氣載量可達CNG儲氣瓶2.5倍以上在一次性加氣完畢後，大型天然氣貨車可行駛2000公里以上，這給長途運輸提供了保障，方便了運輸業的正常進行液態天然氣站建設制約條件小，在存在天然氣源的情況下便可實施站點建設工作相比較石化燃料而言天然氣燃料組分更為純淨，因此在汽車尾氣排放方面較傳統汽車更具優勢，有害氣體排放量將降低80%以上。
綜上所述，LNG汽車是未來汽車發展的主流方向雖然液化天然氣汽車是繼CNG汽車和LPG汽車之後於近年才開始發展起來的一種新型環保汽車，但是由於各級政府又頒布了各種大力支持天然氣汽車發展的優惠政策，加之LNG汽車具有經濟、安全、環保、適用、方便、機動等優勢，是未來天然氣汽車的發展方向，同時也是城市規模化發展天然氣汽車的理想途徑，這將導致LNG的發展將成為一種必然趨勢。
LNG汽車要有大發展，必須依靠加氣站做後盾對於天然氣汽車發展而言它的推廣與發展需要加氣站的支持，同時這也是目前限制天然氣汽車發展的重要瓶頸問題為了讓天然氣汽車套用範圍逐漸擴增就需要對加氣站建設給予重視，通過整體性、綜合性規劃來解決供氣問題從城市出發特別是在大城市當中逐漸構建天然氣加氣站網路，從而逐步、分層次推莊加大供氣系統建設投人為應對日益增長的天然氣需求，我國正積極打造天然氣供應大網路，目前，我國天然氣管道規劃已經組成國內橫貫東西、縱穿南北的綜合天然氣管網而從氣源保障的角度來看，完全能保證國內LNG汽車行業的發展。
太陽能汽車
太陽能汽車由於其零污染、能源豐富，代表了汽車發展的新水平，因此被人們稱為“未來汽車”。和傳統汽車不同，太陽能汽車已經沒有發動機、底盤、驅動、變速箱等構件，而是由電池板、儲電器和電機組成，但因其造價昂貴、動力受太陽照射時間限制及承載能力差等特點而無法普及。這些太陽能汽車普遍採用質輕價貴的航空、航天材料，力求達到車體輕、速度快。
太陽能汽車真正走進大眾生活，還有很多難題需要解決。首先是太陽能的採集與轉換問題。根據一般的材料套用與技術能力，太陽能轉換率只能達到20%左右，難以滿足汽車高速行駛所需要的足夠動力，而7～8 m 的太陽能電池板也導致車身過大轉動不夠靈活，內部空間過於狹小；其次是制價太高。由於太陽能電池板大多採用宇航材料，造價昂貴，例如在2002年8月南京理工大學承辦的南京“國際大學生太陽能汽車友誼賽”中，參賽的3輛汽車中，“追日”號造價7．8萬美元，“Solar Minerm”號造價9．5萬美元，而“Ra”號造價高達100萬美元。
不過，科技的發展日新月異。目前已在海南省三亞市亞龍灣熱帶森林公園使用太陽能能量補償電動車。美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的科學家於近日宣布，已使太陽電池光電轉換效率達到40．8%，這是迄今被證實的最高效率。
電動汽車
純電動汽車是指以車載電源為動力, 用電機驅動車輪行駛,符合道路交通安全法規各項要求的車輛。純電動汽車的優點是:它本身不排放污染大氣的有害氣體, 靠電力充電, 由於電力可以從多種一次能源中獲得, 如煤、核能、水力等, 解除了人們對石油資源日見枯竭的擔心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時富餘的電力充電, 使發電設備日夜都能被充分利用, 大大提高了其經濟效益。有研究表明, 同樣的原油經過粗煉送至電廠發電, 經充入電池, 再由電池驅動汽車, 其能量利用效率比經過精煉變為汽油, 再經汽油機驅動汽車要高約20%, 因此有利於節約能源和減少二氧化碳的排量。正是這些優點, 使電動汽車的研究和套用成為汽車工業的一個“熱點”。研究發展電動汽車不是一個臨時的短期措施, 而是意義重大的、長遠的戰略考慮。純電動汽車在諸如公園、居民小區、固定公交線路、體育場館、機場、商業中心等一些固定區域得到了推廣套用。但由於其電池的功率密度低、充電時間過長、使用壽命較短等因素, 致使電動汽車行駛里程太短、價格較高, 限制了純電動汽車的普及和推廣。
混合動力電動汽車是指車上裝有兩個以上動力源( 包括電機驅動) , 符合汽車道路交通安全法規的汽車。車載動力源有多種: 蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機車的發電機組等。當前混合動力電動汽車一般是指內燃機車發電機, 再加上蓄電池的電動汽車。
混合動力電動汽車的優點是: 採用混合動力後可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率, 此時處於油耗低、污染少的最優工況下工作。當需要大功率而內燃機功率不足時, 由電池來補充; 負荷少時, 富餘的功率可發電給電池充電。由於內燃機可持續工作, 電池又可以不斷得到充電, 故其行程和普通汽車一樣。因為有了電池, 可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。在繁華市區, 可關停內燃機, 由電池單獨驅動, 實現“零”排放。有了內燃機就可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題; 可以利用現有的加油站加油, 不必再投資; 可讓電池保持良好的工作狀態, 不發生過充、過放, 延長其使用壽命, 降低成本。混合動力驅動汽車的缺點是: 有兩套動力, 再加上兩套動力的管理控制系統, 結構複雜、技術較難、價格較高。
實施措施
我國發展綠色環保汽車的舉措
中國被認為是未來最後一塊最大的汽車市場, 如果我國不能順應環境保護和充分利用現有能源的新趨勢, 那么不僅我國的環境會遭到破壞, 而且汽車工業也將更加落後, 因此, 我國更有必要加快發展自己的綠色環保汽車, 並應採取以下應對措施。
1、加速推進綠色汽車產業化
國家要在信息、人才、稅收、貸款等方面對綠色汽車的科研、生產企業進行全方位的扶持, 努力實現產品的低成本與高品質, 並且實施規模生產, 達到規模效益, 實現產業化發展; 同時加強統籌工作, 組建專業聯合體, 由國家有關部門或委託相關企業牽頭, 就某一個項目聯合攻關, 集全國之力, 走科研、實驗、生產和推廣一體化的開發之路。由於我國在純電動汽車、混合動力汽車及燃料電池方面經過多年努力已經奠定了雄厚的基礎, 自主研發的燃料電池汽車主要技術指標達到了國際先進水平, 在動力電池、驅動電機和燃料電池發動機等關鍵部件方面都取得了重大進展, 因此國家應繼續支持電動汽車研究, 率先推進電動汽車產業化, 併力求走在世界的前列。
2、積極制定和推行“綠色”法規
我國政府管理部門要建立完善而切實可行的“綠色”汽車質量標準體系, 加強對“綠色”汽車產品的認證、註冊、年檢等管理,打擊假冒偽劣產品進入市場。同時也要強化“綠色”汽車裝配, 規範市場管理。“綠色”排放標準除要對新車型進行論證外, 汽車廠家還要在規定的行程內對汽車的排放質量負責, 推動“綠色”汽車的發展。
3、強化“綠色”設計理念, 注重清潔生產
企業在構想、開發和製造產品時, 應強化“綠色”設計理念,從未來著手, 以維護自然、節約資源為核心, 以便在產品的使用壽命結束時, 有些部件還可以翻新和重複使用, 而有些則可以被安全地處理掉。企業在生產過程中, 要以節能、降耗、減污為目標, 著重選用無公害的新能源( 如太陽能、風能等) , 採用無污染、少污染的新技術、新設備,實施生產全過程污染控制, 以使污染最小化。
4、實施“綠色”行銷
在服務、廣告和交通標誌上, 要運用一系列“綠色”行銷手段。“綠色”服務, 就是指企業在汽車售前、售中、售後服務過程中, 以節省資源、減少污染為服務導向, 印在汽車或零部件包裝上的圖形標誌, 應標明該產品的生產、使用和處理過程符合環保要求; “綠色”廣告, 一方面可以為產品做廣告, 另一方面可以為企業向顧客傳遞“綠色”信息,維持人、汽車產品與環境的和諧, 避免因人們的消費導致環境的破壞。所有的這些“綠色”行銷手段, 將進一步掀起汽車消費的浪潮, 同時也是企業提高經濟效益、加強競爭、樹立企業形象和進入國際市場的有效措施。
