汽车工程手册：燃料要求

1.要求的变化

汽油和柴油是常规燃料。它们的广泛应用源于几十年的发展和它们的性能在总体上至今仍是最符合效率、操作、安全和经济的要求。在这期间，除汽油、柴油外出现了不少代用燃料，它们在总体上也有与汽油、柴油类似的好的要求，但要求的重点不同。随着对燃料要求的不断变化、发展，会出现更多的代用燃料。目前对燃料要求的重点是环境和气候保护。许多国家出现的地理、政治上对石油的可支配性与不断增长的经济依存关系以及与燃烧石化能源载体相关的环境影响使大众意识到常规燃料的缺点，并开始为道路车辆寻找代用燃料。这些代用燃料应在经济学、生态学和可供支配性层面间相互协调。

几乎没有一种燃料能满足所有要求。从对燃料的各个方面列出的所有要求可清楚地说明这点（图5.9.3）。

图5.9-3 当前的燃料必须满足众多不同的要求

在众多的、有差异的要求中目标冲突是难免的。如果将所有的准则（要求）归纳一下，可见，至今几乎无例外地使用汽油和柴油是有充分理由的。很长时间以来，汽油和柴油的总体性能是全球可以接受的、最接近所提出的各种要求的燃料。但新技术的发展可能完全导致至今还不认为有吸引力的选择（燃料）会成为较广泛应用的成熟选择（燃料）。

2.有限的石化燃料资源

在欧洲用于运输所需的约90%的能源来自石油。石油、天然气为初级能源，它是早期地球生成史阶段沉积的生物物质形成的。这些石化资源是有限的。以石油为基础的燃料的可供使用性（如汽油、柴油）在最近几十年预测到明显的下降。必须通过其他能源和能源载体替代现今由石油覆盖的不断增长的固定和移动车辆（设备等）能量需要的份额。如果世界范围的能量需求继续增长，很快就会达到石油的最大开采量（耗损中点）^[1]。从这个时间点开始，石油的供给满足不了对它的需要。紧俏的供给显著地提升每桶石油的价格。这种供需关系在未来较长一段时间也会出现在其他有限的能源资源方面，如天然气、煤。

3.环境和气候保护

当今达到的点燃式发动机和柴油机的排放标准已很高，并将很快达到工程上仍然可行的限值。优化发动机燃烧和采用高成本的排气后处理，在最近20年已明显降低了经典的排放有害物CO、HC、NO_X和PM（微粒）^[2]。1985～1992年在欧洲建设面覆盖的无铅汽油的基础设施、保证汽车上使用催化转化器为减少有害物的排放作出了贡献。在柴油机方面，通过微粒过滤器的排气后处理和部分的通过其他部件是降低有害物排放的最新措施。这方面的细节见5.1节～5.3节。(https://www.xing528.com)

除空气质量问题外，目前公众讨论的中心话题是温室效应。在1997年的京都议定书中，欧盟有义务在2008～2012年要将6种温室效应气体和CO₂排放在1990年的基础上减少8%^[3]。这会提出这样的问题，在不断增加机动需求和不断增加汽车行驶功率的情况下如何才能长期减少与交通相关的CO₂排放。减少交通的根本问题与经济问题、交通能力问题息息相关^[4]。为减少CO₂，在使用常规的（即主要是石化和生物体的能源载体）时要进一步提高效率。同时，从现在开始准备过渡到使用低碳或无碳能量载体。

重要的是在比较燃料和能源载体的CO₂排放时要观察从开采原料（如原油）到汽车上使用（油井到车轮，Well to Wheel）的总的CO₂排放链。这同样适用于在那些释放出对气候有影响的地方的温室效应。如果无碳燃料由石化原始产物制备，则CO₂排放不在汽车行驶时出现，但在生产燃料时出现。它仅仅是将CO₂排放从燃料使用阶段转移到燃料制备阶段。图5.9-4（见书后彩图）是在从油井到车轮的观察范围不同的燃料和制备路径所用的能源和温室效应气体排放^[5]。该图清楚表明，从可再生初级能源制备的氢具有减少温室效应气体排放的很大潜力。如果氢由石化初级能源制备，则对气候有影响的气体排放高于制备汽油和柴油时对气候有影响的气体排放。椭圆形为与制备地点有关的可能的偏差范围。

4.燃料是能源系统的一部分

世界范围对能源需求的加剧促进代用燃料进入市场。石化资源的有限性、能源供应受政治不稳定地区的影响和主要是人为的CO₂排放在温室效应中可能占有的份额是导致能源系统重大改变的重要因素。在最近几十年，石化能源资源的消耗正在向最大值加速，预计最早在2008年，最晚在2030年达到最大值^[6]。附加需要的能量的大部分必须由可再生的能源提供（图5.9-5）。

替代燃料涉及初级能源的来源（有限的、再生的）和所用能源载体的类型（石化的、生物的、其他化学的和电化学储能器）。正研发非石化初级能源，如太阳能、风能、地热、生物群、水能等可利用能源以及按当地条件开发的其他能源。

图5.9-5 满足世界能源需要的各种“舞台”和在“持续增长”情况下满足能源需要的各种能源和可能的潜力^[8]

必须了解固定设备和移动车辆使用燃料出现的竞争^[7]。就当前的视角，还不能有把握地预言，在新燃料的开发进程中是否出现道路交通的能源供给转向氢能源，或是在HC化合物基础上向非石化能源转移。在道路交通领域很多可能的各种能源舞台中的一个舞台或许还是石化燃料继续占上风。