每克活性炭吸附甲烷可达17g的新型清洁能源汽车

【摘 要】随着车工业的发展和汽车保有量的增加以及石油资源的枯竭和环境的污染，对传统汽车工业提出了严峻的挑战，遵循能源发展形势及能源发展战略，研发和使用节能减排的新能源汽车已经成为解决能源和环境问题的必由之路。文章对新能源汽车在环保方面的优点进行了分析，并对我国新能源汽车技术的发展趋势作了探讨。

【关键词】新能源汽车；环保；趋势

1.新能源汽车的主要类型及特点

1.1 清洁能源汽车的类型

1.1.1常压天然气汽车即常压储存的气包式常压新型清洁能源汽车，目前已趋于淘汰。

1.1.2压缩天然气汽车将天然气压力压缩至20MPa左右储存在高压气瓶中。这种存储方式存在储存能力小、气瓶自重大的缺点。目前技术最成熟并得到广泛推广实用的新型清洁能源汽车主要是压缩天然气（CNG）汽车。

1.1.3液化新型清洁能源汽车

将深冷至-162℃的LNG 储存在低压、低温绝热容器中，容器自重较轻，存储能力较大，但是生产LNG 的投资费用及能耗高，经济效益比CNG 差，另外，存储LNG 对容器的保温绝热能力要求高。因此，LNG 汽车在世界各国均处于实验阶段，尚未商品化。

1.1.4吸附新型清洁能源汽车

所携带的天然气燃料采用活性炭等吸附剂吸附。该活性炭颗粒结构中微孔多，适合吸附大量天然气，每克活性炭颗粒的表面积可达3000m2，相对密度为0.6～0.7，在常温及3.5MPa 压力下，每克活性炭吸附甲烷可达17g。标准状态下，每立方米活性炭可吸附甲烷170m2。吸附新型清洁能源汽车仍处于研究开发阶段。如果新型清洁能源汽车吸附技术实用化，则可大大降低压缩成本，提高新型清洁能源汽车的燃料携带能力，增加新型清洁能源汽车的续驶里程。

1.2 按发动机燃料供给系的不同分类

压缩新型清洁能源汽车按其燃料供给系的组成不同或根据天然气发动机使用燃料的特点不同，可分为以下几种：

1.2.1单一燃料压缩天然气（CNG）汽车

这是一种针对天然气单一燃料的特性而专门设计制造的汽车。它使用的发动机可以最大限度地发挥气体燃料的优势，多用于气源供应充分的地区，如油田，或是气源供应稳定的城市。

1.2.2天然气-汽油两用燃料汽车

这种汽车配备两套燃料供给系统，无论采用天然气还是汽油，其发动机都能正常工作，利用选择开关即能实现发动机从一种燃料向另一种燃料的转换，但两种燃料不允许同时使用。该车用发动机需同时兼用汽油与天然气两种燃料，该类汽车较适合于在天然气供给尚未形成网络的地区。

1.2.3 柴油-天然气双燃料汽车

该汽车发动机可以同时使用天然气和柴油两种燃料，以少量柴油作为引燃剂，其余大部分燃料为天然气燃料。

2.车用天然气的优缺点分析

2.1 优点

2.1.1天然气是一种清洁燃料

天然气在常温下以气态进入发动机，与空气混合均匀，燃烧比较完全，可以大幅度降低CO 和HC 的排放量，彻底改善微粒排放污染。由于天然气火焰温度低，也会使NO2 排放量减少。天然气排放的CO2 也比汽油和柴油降低20%以上，比柴油和汽油更有利于减少地球温室效应。

2.1.2天然气使用特性好

天然气不含汽油、柴油中存在的胶质，因而燃烧中不会产生如汽油、柴油燃料中胶质产生的积炭，并且气体燃料不会对机油产生稀释，因此发动机寿命长，汽车大修里程提高。

2.1.3天然气具有较好的抗爆性

天然气辛烷值约为130，而高级汽油的辛烷值仅96 左右。所以天然气不需要添加剂、不需要抗爆剂，汽油机使用天然气时，可适当增大发动机压缩比和点火提前角，从而提高发动机性能。

2.1.4天然气具有较好的安全性

天然气储存在经专门设计加工的高强度气瓶内，传输和加注均是在封闭的管道内进行，气瓶不易破坏，管路不会泄露。即使有泄露现象发生，由于天然气比较轻，在空气中遇威风即被吹散，汽油的自燃温度220～471℃（一般取430℃）天然气自燃温度630-730℃，一般取650℃，不易形成可燃混合气，所以汽车用天然气比用汽油更安全。

2.1.5天然气发生泄漏时很易被发觉

在原始状态时，天然气是无色、无味、无毒性的物质。基于安全的原因，在生产过程中，在天然气中加入具有独特臭味的加臭剂。当发生泄漏时，很容易发觉。

2.2 缺点

2.2.1天然气携带性差

常温下天然气极难液化，天然气沸点为-162℃，只有当温度达到-162℃和低于此温度时，天然气方能转变为液态。由于沸点非常低，天然气是非常难以液化的，目前采用的天然气燃料均采用高压（20MPa 左右）储存在高压气瓶内，使汽车自重加大，车体内有效空间减少，同时限制了汽车的续驶里程。

2.2.2天然气发动机动力下降

由于天然气燃料本身是气态，会占据部分气缸容积，充入缸内的空气量比使用液体燃料少10%左右，使得相同的可燃混合气热值降低，与同排量的汽油机相比，使用天然气时发动机功率有所下降。

此外天然气燃烧时火焰传播速度较慢（天然气33.8cm/s，汽油39～47cm/s，），这样在燃烧室内燃烧时燃烧速度下降，增加传热损失，使得天然气发动机热效率降低。从分子学角度分析，天然气燃烧前后气体的摩尔数没有发生变化，而汽油燃烧后气体的摩尔数会增大，这样由于燃烧后的摩尔数不同会影响到发动机的功率输出，由于天然气燃烧后摩尔数不增加，则功率输出相对较小，使其机械效率有所降低。

3.新型清洁能源汽车技术的发展趋势

3.1 区域发展模式

新型清洁能源汽车虽然有国家补贴等优势，但随着市场竞争日趋激烈，加气站站址选择越来越困难，安全管理要求高，汽车尾气排放标准仍有待提高，相关的标准规范有待完善以及需要保持一定比例的油气价差等挑战。我国新型清洁能源汽车的发展路线：燃料形式以CNG 为主，LNG 在沿海地区将有一定发展。

3.2 汽车发动机正逐步向单燃料、原产车过渡

在CNG 汽车市场发展的初期，在加气站网络建设不完善情况下，为快速启动市场，新型清洁能源汽车以改装车、双燃料车为主。改装的新型清洁能源汽车虽然排放量有所降低，但仍不是真正意义上的清洁汽车，而且动力性要下降10%左右。对于出租车来说，一般出租车的寿命周期只有5 年，使用3 年以上的出租车再改装就失去意义了。随着CNG 汽车市场的逐步发展，原产车逐渐成为主流。2006 年，我国双燃料汽车占总量的88%；2007 年略有下降，占总量的85%。单燃料天然气发动机在节省燃料、增强动力、排放水平、单次充气行驶里程方而都有很大提升。目前国内单燃料、原产新型清洁能源汽车已批量投放市场，购买成本将逐步降低，因此未来新型清洁能源汽车发展的趋势将是原产车、单燃料车。

3.3 应用领域以出租车、公交车为主

新型清洁能源汽车应用领域的选择是关系到新型清洁能源汽车能否保持持续快速增长的重要因素。在我国，有相对固定行驶路线的出租车、公交车约占我国汽车保有量的10%，但是其年运行总里程却是私家车的5～10 倍，因此出租车、公交车是我国CNG 汽车发展的首选目标。

4.结语

在我国，新型清洁能源汽车产业正处于高速发展阶段，我们要认识到机遇和挑战并存，要采取循序渐进、逐步推广的方式，从而使燃气汽车在适当的地区，以相适的规模和技术水平获得应用，从而获取应有的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]董俊武，于浩. 我国清洁能源汽车战略研究[J].世界汽车，2001，（2）.

[2]冯艳艳. 天然气汽车环保优势分析[J].石家庄职业技术学院学报[J]. 2010，22（4）.