汽车替代燃料的现状分析与展望
摘要： 世界能源危机与环境污染问题促使汽车行业能源体系转型，可再生、节能、环保、清洁的新型汽车替代燃料成为汽车行业的新宠.根据燃料是否可再生，将汽车替代燃料分为不可再生汽车替代燃料和可再生汽车替代燃料，并对天然气、液化石油气、醇醚类燃料、氢能源、植物油燃料、生物质裂解气燃料等汽车替代燃料与汽油、柴油等传统汽车燃料进行了分析和比较，总结了汽车替代燃料相对于传统汽车燃料的优点与缺点，并对汽车替代燃料的发展前景进行了展望.
关键词：
汽车替代燃料； 可再生燃料； 不可再生燃料
中图分类号： TK 01+9文献标志码： A
我国正处于经济飞速发展的时期，汽车行业作为拉动我国经济增长的强势行业发展尤为迅速.国家统计局网站统计数据显示，我国仅私人汽车拥有量已达到了8 838.6万辆[1].据中国社科院披露，未来10年我国每百户汽车拥有量将达到或接近60辆[2].然而，传统的汽车主要以汽油、柴油等为燃料，这使得我国石油消耗量大大增加，在消耗大量石油资源的同时又会排放出大量有害物质，如一氧化碳、氮氧化物和氢化物等，严重污染了环境.
石油资源的严重匮乏和环境的污染问题是当今世界也是我国所面临的巨大挑战，严重制约了汽车行业的发展.所以，寻求清洁、可再生的汽车替代燃料以满足汽车行业的发展势在必行.
1汽车替代燃料分类
随着汽车行业的飞速发展以及能源和环境状况的日益严峻，世界各国科技工作者都在不断寻求新型清洁、高效的汽车替代燃料.目前，研究和应用的汽车替代燃料按其是否可再生分为不可再生替代燃料和可再生替代燃料.不可再生替代燃料主要包括天然气、液化石油气等；可再生替代燃料主要包括醇醚类燃料、氢能源、植物油燃料、生物质裂解气燃料等[3].
2汽车替代燃料研究现状
2.1不可再生汽车替代燃料
目前，天然气和液化石油气是两种主要的不可再生的汽车替代燃料.表1给出了天然气、液化石油气和汽油的主要参数.从表中可以看出，天然气和液化石油气相对于汽油具有使用安全、热值高、清洁等优点.在石油资源越来越匮乏和由汽车尾气排放带来的环境问题越来越严重的背景下，俄罗斯和意大利从20世纪30年代开始推广使用天然气汽车，至今天然气汽车已经在全球范围内广泛使用.目前使用中的天然气汽车主要有3种，分别为使用压缩天然气（CNG）汽车、液化石油气（LPG）汽车和液化天然气（LNG）汽车.
天然气汽车相比燃油汽车更加节能、环保，天然气和液化石油气在常温下以气体形式存在，并以气态进入发动机，燃料与空气同相混合均匀，能够较为充分地燃烧，使得 CO和HC等排放大幅度减少，微粒排放污染降低.与汽油动力汽车相比，天然气汽车可以减少高达93%的CO排放量，减少33%的氮氧化物排放量以及50%的活性烃气的排放量[4].我国天然气汽车的发展势态良好.到2012年12月，我国压缩天然气汽车的保有量为150万辆，加气站总数已经达到2 800座[5].但是，相比于传统汽车，压缩天然气汽车所用的配件要求更高，储气罐的设计和制造成本也很高，造成了天然气汽车的成本较高.同时，虽然我国天然气储量比较丰富，但是天然气是不可再生资源，我国很大一部分天然气还需通过进口才能满足国内需求.国家统计局网站统计数据显示，2011年我国天然气进口量达311.5亿m3，而用于汽车行业的天然气占我国天然气总消费量的8%左右[6].
天然气优良的理化特性以及国家有关法律法规的扶持政策，决定了发展天然气汽车，并将天然气作为汽车替代燃料在我国近中期的发展空间是很大的，但是从能源的可持续利用和环境保护的长远角度来看，这并不是长远之计.
2.2可再生汽车替代燃料
2.2.1醇醚类燃料
目前应用的醇醚类燃料主要包括甲醇、乙醇和二甲醚.表2给出了甲醇、乙醇和二甲醚和汽油的部分参数.从表中可以看出，醇醚类燃料是含氧类燃料，其燃烧完全，排放清洁，热值相对于汽油偏低，防爆性能好，是比较理想的汽车替代燃料.
甲醇燃烧特性良好，排放清洁，被认为是性能优良的汽车替代燃料.国内外学者对甲醇做了大量的研究，将其应用于发动机的技术也日渐成熟，但甲醇汽油的毒性和金属腐蚀性等问题还有待进一步的研究.国内外关于二甲醚作为汽车替代燃料的研究已进行了十多年，在二甲醚应用于汽车发动机及整车的研究上也取得了令人振奋的成果，但是目前生产甲醇、二甲醚的主要原料还是天然气、轻质油、重质油、煤焦炭等，从原料上看甲醇与二甲醚是不可再生的.
乙醇是一种可再生资源，其理化特性接近汽油，容易与汽油按一定比例混溶作为汽车燃料，以提高汽油的抗爆性，降低排放.当乙醇的体积分数小于15%时，可不对发动机作调整；当乙醇体积分数继续提高时，则需要对发动机的空燃比、点火提前角及金属部件等进行适当的调整或改造[7].乙醇汽油的优点是显而易见的，但同时乙醇汽油又有着不容忽视的弊端，如燃烧后会产生对金属具有腐蚀性的物质，造成汽车供油系统中橡胶部件溶胀等.
乙醇作为一种新型的汽车替代燃料，其生产原料主要来源于粮食，然而我国是一个人口大国，粮食供应有限，不可能将粮食用于乙醇的大规模生产.虽然很多学者也在寻找一些替代原料生产乙醇，但是效果都不太理想，这严重制约了乙醇燃料的发展.在相当长的时间内，这种情况将不会得到改变，所以发展乙醇这一汽车替代燃料需要寻找新思路和新途径.如何找到经济、环保的原料供应源在乙醇燃料的发展中起着关键性的作用.
2.2.2氢能源
氢能源一度被称为是“最被看好的”汽车替代燃料，因为氢气燃烧热值高达121 MJ·kg-1，而且燃烧后只生成水，这无疑是高效、环保的，所以发展氢能源以及发展氢能源汽车曾经呼声很高.美国在2003年投资17亿美元启动“自由轿车（Freedom car）”项目和“自由燃料（Freedom fuel）”氢燃料开发计划，然而随着对氢气研究及其在汽车行业应用的深入，很多专家对氢能源提出了不同的观点.2009年26位国内外传统发动机专家联名提交了一份质疑氢能源技术前景的《开发车用动力技术，减轻能源压力的建议》给国务院.该建议中提到：“自然界并不存在着大量的氢气，因此氢气不是能源，更不是新能源.产生氢气需要通过能量转换，这样氢气可用作能量的载体.‘氢能源’的口号使很多人误以为使用氢气就能解决交通能源问题，很自然地认定应集中力量全面开发氢气汽车.这种误解会影响政府和企业解决交通能源问题的决策.如果氢燃料汽车研究到最后，发现需要走别的技术途径，这就使大规模投资的氢燃料汽车前功尽弃.”[8-9]