新能源汽车行远方

　　虽然在过去没有汽车的时代，人类社会也在运转，但是今天，没有汽车几乎是不可能的了。汽车给我们带来的方便自不必说，但忧虑也在日益加深，尤其是雾霾频现之时，人们对汽车带来的污染更是忧心忡忡。传统汽车使用的主要是化石能源，有报告指出，地球上的石油最多能使用100年左右，距离枯竭已经不远了；目前汽车燃料是汽油和柴油等，燃烧时释放出大量的二氧化碳（温室气体）和氮氧化物等有害物质，污染了空气不说，其中的温室气体还直接影响气候的变化。

　　现在，我们对汽车可以说是又爱又怕，但我们能舍弃它吗？目前显然不能，那只能另辟蹊径了。

　　用什么来替代汽油，这是关键

　　汽车要自由行驶，必须要用能量；所用能量必须要自身携带，而且要带尽量少的能量物质行驶足够远的距离（能量密度高）；携带的能量用尽后还要便于补充；另外，能量物质要足够多，价格要便宜，或者成本可接受。

　　对于这些要求，汽油（或柴油）确实具有得天独厚的优势。汽油燃烧的能量来自化学能，热值是44000千焦/千克，也就是1千克汽油完全燃烧产生44000千焦的热量。

　　这些能量能做什么呢？

　　理论上，它们能把1吨的物体举高4.4千米，这说明汽油的能量密度比较高。所以一辆1.5吨的汽车载35千克（约50升）汽油，平均就能行驶约600千米。汽油来源于石油，可大量供应，且便于储存和运输。从使用要求来看，汽油作为汽车的能量来源是非常合适的。

　　汽油的碳排放和空气污染问题是难以解决的。可是，不用汽油的话，我们能用什么呢？让我们来看一看目前使用的能源中有哪些能用的：水能、风能、生物质能等能量密度低；其他化石能源和化学燃料不是污染问题就是成本过高；核能倒是能量密度高，但也无法用在汽车上吧……

　　细数所有可用的能源，能与汽油相比的并不多。所谓新能源汽车，并不是使用什么新的能源，说明白了就是使用除汽油、柴油等传统燃料以外的能源，对汽车来说是新的，性能要求与传统汽车不相上下，还要使用方便、环境友好。

　　目前，按照汽油内燃机的思路，人们已经开发出模仿汽油的生物质燃料，如生物甲醇、生物乙醇、生物柴油等，热值与汽油相当，使用生物燃料汽车（常用混合燃料）的动力系统仍然是内燃机驱动（燃料电池除外），只需对现在成熟的汽车技术稍加改造即可使用。

　　虽然生物质燃料在温室气体（或碳）排放上有一定的优势，但目前的技术只能用粮食来生产，有与人争食之嫌；而且在燃料成本和产能上也与化石燃料有较大差距。下一代生物质燃料虽然有望使用秸秆等农林业废弃物生产，在产能上同样难以满足需要。

　　我们生产生活中使用最多的能源是电能（二次能源），所有能源形式都可以转换为电能。汽车使用电能应该是不错的选择，电能比较丰富，获得也方便。但电网中的电能不能直接用于汽车，必须把电能储存在储电物质中才能装载在汽车上使用，这种装置就是蓄电池，它把电能转换为化学能储存起来。

　　近年来随着蓄电池技术的发展，电动汽车发展很快，先是节能的混合动力汽车，进一步是部分使用电能的插电式混合动力汽车，再到纯电动汽车。电动汽车把电能储存在蓄电池中，驱动电动机提供动力，与传统的汽车的动力系统有很大差别，系统相对简单。

　　但是目前就算最好的蓄电池（锂离子电池）的能量密度也还是较低，比液体燃料差很多，一次充电行驶里程比汽油车逊色不少，需每天充电，且充电时间长（补充能量的时间长）。混合动力汽车兼有两种动力系统，相对比较复杂，但它结合了电动车和汽油车的优点，可以说是一种过渡方案。

　　电动汽车没有尾气排放，对于改善城市空气质量有很大帮助。虽然目前电网电力主要来自火力发电，电动汽车总体温室气体排放优势并不明显，但它仍然是未来汽车的重点发展方向。

　　↑电动汽车不排放尾气，是清洁汽车

　　氢气有可能成为汽车的终极燃料？

　　既然一般燃料的能量密度比蓄电池高，能否找到一种更好的替代汽油（或柴油）的燃料方案呢？答案是肯定的，这就是氢燃料。我们都知道，氢气极易燃烧，而且热值为142351千焦/千克，是汽油的3倍多。更妙的是氢燃烧的产物只有水，不会对环境造成污染。不过不像汽油可以开采，在地球上几乎不存在天然的氢气（尽管宇宙中氢占绝大多数）。地球上的氢都以化合物的形式存在于水、有机物等分子中。

　　怎样能得到氢呢？获得氢的方法也非常简单，中学我们都学过，电解水可以得到氢。工业上常用天然气（主要是甲烷）与水蒸气反应（术语叫重整）的方法制氢，工艺成熟（这种方法会产生二氧化碳）。可以说，地球上氢气资源十分丰富，只不过得到氢就要耗费电能或化石能源。其实，氢能源像电能一样属于二次能源，但是它有胜过电能的优点：可用车船（也可用管道）长途运输和大量储存（将来可能会与电能并行）。

　　↑ 氢能源汽车添加氢燃料的方式像汽油车一样，巡航里程也基本相同。

　　氢燃料的优点正好适用于汽车，实际上早在19世纪汽车发展初期开始，就一直有人设计使用氢燃料的汽车，只是氢在通常情况下是气体，而且很难液化，车载储氢技术难以突破，限制了氢作为汽车燃料的使用。由于氢能源的潜力巨大，近年来各国都加大了研究和推广力度，氢能源汽车已经从概念走向了市场。

　　氢燃料汽车可以以内燃机的燃烧形式提供动力，这种方式的能量使用效率低，燃烧产物不仅仅有水，还有氮氧化物等污染成分。随着近年来电动汽车的发展和燃料电池改进，氢能源汽车的主攻方向是走自主发电的电动汽车，即燃料电池汽车。

　　↑ 车内的燃料电池组、驱动电机等配置紧凑

　　2014年底丰田公司推出了一款名为“MIRAI”的氢燃料汽车，氢燃料以70兆帕气压储存在两个罐中（容量合计为122.4升），3分钟加满约5千克氢，续航650公里。这款车除了比同等水平的汽油车贵一些，性能与方便程度已经没有差别。目前这款车已经商业化生产，它标志着氢能源汽车已经走向实用。

　　目前氢能源是从现有的其他能源转换来的，科学家正在加紧研究从太阳能直接制造氢气的方法，到那时能量真是取之不尽，用之不竭了，而且绝对环保了。

　　开发新能源汽车本来选择有限，经过近年来的努力，反而有全面开花之势。无论哪个方向发展起来都要有配套设施，纯电动汽车要求布满充电桩，氢能源汽车要求布满加氢站……谁能最先发展起来，就看社会平衡多种因素的选择了。

　　无论怎样，新能源汽车是一定要发展的，而且一定能替代汽油车，只是还要经过一定的时间和努力。我们期待着，望着远方天涯路，环保汽车一路行。