研究报告
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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44000 kJ/k g，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。1.2 柴油汽车改天然气
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。
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155 k m，一次充氢气仅用3 m i n，续驶里程达830 km，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FCXClar it y，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
①基金项目：湖北省教育厅科学研究计划项目（B2014276）； 武汉理工大学华夏学院科研项目(13006)； 武汉理工大学华夏学院教学研究项目（1423）。 作者简介：吴焕芹(198l一)，女，山东聊城人，武汉理工大学华夏学院，副教授，主要研究方向：汽车电器与电子控制技术，电动汽车。
汽车燃料及发展趋势分析①
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。
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
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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。
甲醇(cH 3oH)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NO x 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(DM E)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（g as ohol）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(Biodies el)。
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
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
汽车代用燃料的选择要考虑经济性(E c o n o m y )、应用方便性(E a s e )、资源的可获得性(E n e r g y )和环境友好性(Env ironment)，即4E评价，并且要因地制宜。进入21世纪，随着石油危机和节能、环保的呼声高涨，各国都根据4E 评价和本国技术特点，制定出了新的汽车能源方案。
在代用燃料方面，欧洲以发展天燃气为主；生物柴油使用广泛的国家是意大利、奥地利、瑞典、比利时和德国等；美国早前目标要在2010年公共汽车有7%的使用天然气，出租车和班车50%的改为使用专用天然气；日本政府将电动车、混合动力车、甲醇车、天然气车称为“低公害车4兄弟”，并
针对性地制定了优惠税制及给予购车补贴[6]。
我国是一个幅员辽阔，资源相对丰富的国家，可以采取能源多样化、燃料多元化的发展路径。为使石油供需矛盾缓解，我国开展了新能源技术研发和试点工作，截止2005年底，以粮食为原料的燃料乙醇达到102万t的年利用量，以木薯、甜高粱茎秆等非粮原料生产燃料乙醇的技术已具备商业化发展的条件；开
发了以油桐、黄连木、棉籽、小桐子等油料植物（作物）为原料的生物柴油生产技术，并建成若干个试点项目。预计我国近期发展的主体将是燃气汽车和醇类汽车，所以一方面，我国在加强研发液化石油气、醇类燃料、天然气汽车重要总成零部件；另一方面，继续在资源优势地区大力推广液化石油气、乙醇汽油、天然气。另外，到了2020年，合成燃料、生物燃料等新能源汽车将大量进入市场，实施区域化推广使用，成为主要的汽车燃料。
国家政策在代用燃料的发展中起关键性和决定性作用。为使车用替代燃料更好地发展，我国需尽早组织力量，加快做好供应网络及配套设施建设，使传统燃油汽车的燃油消耗标准体系加快完善，促使各类汽车改善燃料经济性；按照产业发展的实际需要，建立健全各种新型动力系统和新能源汽车，以及其它节能产品的标准法规体系，促进车用新能源在我国立足发展。
4 结论
传统代用燃料终究会消耗殆尽，代用能源步入汽车产业是社会发展趋势，世界各国都制定出了不同的汽车能源战略。根据现阶段替代燃料的分布、资源、可利用情况，以及汽车工业可持续发展的要求，我国不能急于锁定某一能源作为未来的发展方向，而是要坚持走技术多样化、能源多元化的发展道路，并探索出一条具有中国特的电动汽车或车用燃料发展道路。
参考文献
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[6] 杜子学，王可.车用能源及新型动力车的
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