格调行走：全球汽车能源的未来

　　来源《汽车人》

　　汽车能源的未来不属于化石燃料，技术的伟大变革能够深刻影响社会经济模式，反之，能源政策和供应体系发生根本性转变，也会对新能源的大规模应用提供现实的机会

　　每次去美国的底特律车展，除了大饱车型眼福，原油价格的飞涨，成为这个时代的每个人所必须面临的痛苦。

谁都知道使用化石燃料的愚蠢：不可再生、温室效应、污染环境、战争的催化剂。现代社会得上石油依赖症，一半是由于技术的局限，无法大规模应用新能源；一半由于人类的惰性：石油开采、冶炼技术已经十分成熟，影响到新能源研发的积极性。使用新能源的汽车目前的成本居高不下，即使国家政策上给予优惠，也无法完全同传统动力汽车竞争。

　　在这种情况下，到底有没有必要研发和应用未来的汽车能源呢？

　　石油时代结束的挣扎

　　19世纪，美国居民普遍使用鲸油作为家庭照明能源，几乎完全依赖捕鲸行业。经过长期的商业竞争，构筑了庞大的油料购销体系，某些寡头家族垄断了鲸油供应，在美国内战时期，美国鲸油价格疯涨，抹香鲸油从1823年的43美分／加仑狂涨至1866年的2.55美元／加仑（与我们所处的石油时代何其相似）。19世纪中期，宾夕法尼亚州发现石油，鲸油价格高企，迫使石油提炼工业迅猛发展。到20世纪初，鲸油照明产业基本消失（鲸油化工产业仍存续到二战后）。

　　沙特阿拉伯前石油部长、OPEC的缔造者之一Sheikh Yamani曾说：“石器时代的结束并不是因为缺少石头；石油时代的结束也不会是因为缺少石油。”

　　人类停止使用石器是因为青铜和铁是更好的材料。同样，若新能源、新材料在商业应用上取得全面成功，石油时代才能真正宣告结束。看起来还有很长的路要走。其中，关于新能源的探索几十年都进展甚微，并非完全由于技术障碍，只是缺少外部的动力。如今这个动力已经获得，那就是廉价石油的消失。不难发现，近年来，新能源研究取得一定突破，加速的迹象很明显，这是上述历史规律的一个佐证。

　　氢能源的技术难题

　　氢能源一直是备受关注的新能源热点，氢氧的结合就能够放出大量能量。理论上，其燃烧产物只有水，不产生温室气体。实际与空气混合燃烧会产生少量氮氧化物，但是可以通过还原装置加以克服。氢以前用得不多，因为它本身是一种二次能源，不是初始的。不能够像石油、煤那样理论上可以直接应用，必须人工制氢。

　　目前电解水的办法实际上不太可取，因为耗费电能非常大，产生1千克氢燃料的成本至少要2．5美元。目前美国90％的氢燃料来自于天然气加工。但这样一来，二氧化碳只是换了一种方式排放，还不能达到环保的目的。

　　随着技术的发展，下一代风力涡轮机和太阳能可以提供廉价的电，从而使电解水生产氢燃料的方法切实可行。另一种生产氢燃料的原料是农业和林业废料，目前生成1千克氢燃料的成本在3美元以上。乐观的估计，到2010年前后成本可降至2．6美元。

　　国内科研单位在制氢领域另辟蹊径，构建成功持续产氢的“双突变”菌株，使得光合生物制氢成为现实。但仍然处于实验室阶段。以产生氢气较纯的深红红螺菌作为研究对象，这种菌株产氢能力较强，但缺点是在黑暗条件下，催化生物酶的生物活性暂时休眠，不利于产量的稳定。应用分子生物学方法，将菌株中吸氢酶和固氮酶的失活基因进行处理，解除黑暗条件下的失活作用，从而构建了“双突变”菌株，使制氢的成本降低。光合反应器的设计是提高氢产量的第二个核心内容。为使光合生物制氢工艺符合产业化要求，如何选择耐高温、透光性能好的玻璃材料，使菌株能够充分吸收光能，达到较高的光能转化率，这是下一步要解决的课题。氢的热值很高，但是密度很小，汽车移动性要求燃料储箱的体积不可能太大。德国宝马汽车公司推出了氢燃料赛车。但宝马的这款氢燃料车使用的是液化氢，必须被保存在零下253摄氏度的低温中。虽然汽车自带的低温系统可以解决这一问题，但是如果汽车三四天不开动的话，液化氢就会开始沸腾，氢气就会通过排气孔散发出来。

　　由于受到氢储存技术的限制，目前燃料电池驱动的汽车样机和示范模型最高行驶距离仅能达到360公里。在标准的温度和压力下，如要存储足够的氢达到540公里的行驶距离，就需要一个体积相当于双层巴士大小的机载燃料电池；而其他方法如将氢气压缩储存在钢瓶里或将液化的氢气存储在罐里等，均因重量和体积问题无法实用。

　　比较有前途的是“化学吸附”方法，就是将气体分子吸入固体化合物的晶格间，在需要时再被释放出来。要求找到一种轻便的材料，这种材料要能在典型燃料电池操作温度下，使氢的吸附或解吸快速、安全地进行。

　　现在，已研制出一系列氢化锂化合物，能很好地满足上述要求。但是，使用这些材料及新型发动机，会导致汽车成本上升30%，在竞争惨烈的当前汽车市场，成本超过对手5%都会严重削弱生产商的竞争力。

　　立足长远的政府，会提供税收和研发专利方面的一系列优惠政策，鼓励这方面的创新，以期抵消一部分环保技术的成本劣势。但遗憾的是，目前仅仅一个微型车的税收优惠，都千呼万唤难出来。

　　目前最困扰全球汽车厂商的问题是，司机到哪里才能加注氢燃料。据统计，现在全球只有不到100家汽车加油站可以同时供应氢燃料。市场人士估计，让每个加油站都能供应氢燃料尚需20年的时间。

　　德国政府已经决定赞助本国加油站加装氢燃料添加设备，并赞助解决向加油站供应氢燃料的设备。美国能源部也称，如果汽车行业投资1.9亿美元建造能加注氢燃料的加油站及其他基础设施，能源部将在5年内投入相同数额的资金。

　　去年11月，石油巨头壳牌公司和通用汽车公司合作建成的加氢站在华盛顿开张营业，而加利福尼亚州燃料电池联盟到目前为止已经建成了13个加氢站。

　　这些让我们看到一些新型燃料达到商业应用的曙光。希望我们国家的石油巨头和汽车厂商也能够有此远见，哪怕先建立一些供固定线路的公交车使用的氢燃料加注站。

　　太阳能电池的尴尬

　　目前太阳能动力车还处于萌芽状态。节能大赛的参与者们制造了各种光怪陆离的、充满想像力的太阳能动力车。

　　有的宣称能够零排放行驶数千公里。但是不可否认的是，哪怕小规模量产的太阳能车都没有，换句话说，这种车根本没进入工业设计阶段，方便实用性、电池板寿命、负重能力、行驶速度各项指标都不理想，距离社会应用还很遥远，这一点比起氢燃料要逊色多了。

　　究其根本原因，就是光电转化率偏低的问题。资料表明，目前最先进的光电转化率水平为11%，就是这种转化率还是在使用了昂贵的硅电池板的前提下。目前这种电池板主要应用在卫星领域。

　　相比而言，燃料敏化电池作为新一代太阳能电池的光电转化率为10%，更主要的吸引力在于其廉价和制作工艺简单，其光电转化基材为纳米二氧化钛。

　　燃料只是光的“捕手”。但是这种材料应用的主要前景在于照明和显示。作为驱动汽车，其负重能力和尺寸相比还很可怜。负载一个人（体重65公斤）的情况下，车体表面积不能少于3.5m2，时速能达到80公里/小时，可惜还要天气晴好才行。

　　因为该电池的储备能力很低，如果您驾驶这种车辆，遇到阴雨天气时间超过2小时，将有两个消息等您：坏消息是只好推车回家，好消息是车身很轻，只有不到240公斤。

　　移动供电技术的前景

　　移动充电技术是让电动汽车（二次电池为动力源）如飞机空中加油一般，行驶途中，在具有移动充电设施的路途上或场合中进行超快充电，或直接将电能无线引入车中驱动电动机，最终驱使车辆行驶。

　　这个梦想已吸引了很多人，目前该技术（IPT）已应用于室内平面、垂直输送机械，其供电与受电距离是CM级的。其原理犹如变压器的原边与副边之间电能传输。曾应用于游乐场的电动车辆，但车辆似有轨电车一般需沿供电带行驶，偏离出有效距离后无法受电。这一技术受CM级供电的局限，难以应用于道路用电汽车。

　　真正电动汽车续能的完美境界，取决于“电磁共振”技术的突破，取决于供电器、受电器的性能和车辆行驶中的受电能力。

　　这项技术成功了，电动汽车即使仍需用电池储能，其容量也很小了，进而最终抛弃了令人不快的电池。届时马路旁或上空布设了“电磁共振”供电设施，行驶于此马路上的电动汽车以智能付费方式通过计算机控制供电，电能源源不断按需供给驱动电机或储电器具，将永不再为途中无电而烦恼。

　　不过这一场景的实现可能费时久远，关键技术还有待于基础研究取得重大突破。

　　其余的如超小型受控核聚变，由于实现希望渺茫，乏善可陈。又如混合动力汽车，因为混合动力更多是商业上的妥协，妥协的结果也未被市场完全接受。也同样不在本文讨论范围内。

　　综上所述，汽车能源的未来不属于化石燃料，这一点是毋庸置疑的。技术的伟大变革能够深刻影响社会经济模式，反过来，能源政策和供应体系发生根本性转变，也会对新能源的大规模应用提供现实的机会。(未经允许不得转载或摘编。《汽车人》杂志 电话010-63045013)