清洁燃料汽车—概述

1、清洁燃料汽车清洁燃料汽车低排放燃料汽车低排放燃料汽车 1 1、能源问题、能源问题 能源的分类能源的分类 能源能源即能提供人类所需有用的资源即能提供人类所需有用的资源 按自然界存在的方式分按自然界存在的方式分 一次能源一次能源自然界现成存在的能源。自然界现成存在的能源。如：煤、石油、如：煤、石油、 天然气（石化燃料）；生物质能（木柴、秸天然气（石化燃料）；生物质能（木柴、秸 草）；天然能（水风浪）；原子核能（地热、草）；天然能（水风浪）；原子核能（地热、 轴、钍）等。轴、钍）等。 二次能源二次能源经加工转换的能源。经加工转换的能源。如：焦炭、煤气、汽如：焦炭、煤气、汽 油、柴油、电能等油、柴油、

2、电能等 被利用情况分被利用情况分 常规能源常规能源广泛利用的一次能源。广泛利用的一次能源。如：煤、石油、如：煤、石油、 天然气、水力、核能天然气、水力、核能五大常规能源五大常规能源 新能源新能源在开发研究的一次能源。在开发研究的一次能源。如：太阳能、风如：太阳能、风 能、海洋能、生物质能等能、海洋能、生物质能等 替代能源替代能源可替代石油的一次能源。可替代石油的一次能源。如：太阳能、风如：太阳能、风 能、水能、生物质能等能、水能、生物质能等 按能源的再生性分按能源的再生性分 可再生能源可再生能源可不断得到补充的一次能源。可不断得到补充的一次能源。如：太阳如：太阳 能、风能、水能、生物质能等能、

3、风能、水能、生物质能等 非再生能源非再生能源短期无法恢复的一次能源。短期无法恢复的一次能源。如：煤、石如：煤、石 油、天然气等。油、天然气等。 按对环境的影响分按对环境的影响分 清洁能源清洁能源污染少的能源。污染少的能源。如：太阳能、水能、风能、地如：太阳能、水能、风能、地 热、电、天然气等热、电、天然气等 非清洁能源非清洁能源污染严重的能源。污染严重的能源。如：煤、石油等如：煤、石油等 能源的消耗能源的消耗世界石油、煤碳、天然气状况（世界石油、煤碳、天然气状况（2002年）：年）： 石油石油储量：储量：16661666亿亿t t ，可利用，可利用4545年；年； 消费：首位消费：首位煤碳煤碳

4、储量：储量：10438.6410438.64亿亿t t ，可利用，可利用120120年；消费：第二年；消费：第二天然气天然气储量：储量：141141万亿万亿m3m3，可利用，可利用200200年；消费：第三年；消费：第三中国中国石油、煤碳、天然气状况：石油、煤碳、天然气状况： 石油石油储量：储量：2.4% 2.4% ，石油进口已超过，石油进口已超过1 1亿吨，消费：第二亿吨，消费：第二煤碳煤碳储量：储量：11% 11% ，消费：第，消费：第一一天然气天然气储量：储量：0.8%0.8%，消费：第六，消费：第六* 石油即将枯竭；充分利用煤碳和天然气资源可有效缓石油即将枯竭；充分利用煤碳和天然气资源

5、可有效缓解石油资源的消耗。解石油资源的消耗。2 2、环境问题、环境问题 环境的污染环境的污染 主要来源：工业生产；交通工具主要来源：工业生产；交通工具 严重的污染事件：严重的污染事件： 伦敦烟雾事件。伦敦烟雾事件。首发在首发在1873年，使整个城市持续被年，使整个城市持续被二氧化二氧化硫和煤尘硫和煤尘等所形成的浓烟覆盖，造成了等所形成的浓烟覆盖，造成了268人死亡。此后又发生人死亡。此后又发生过过6次，最严重的是次，最严重的是1952年，大气尘粒浓度高达年，大气尘粒浓度高达4.46mg/m3。SO2高达高达1.34ppm，成千上万人因支气管炎、肺炎、肺结核、，成千上万人因支气管炎、肺炎、肺结核

6、、心脏衰弱而死亡。心脏衰弱而死亡。 四日市哮喘事件。四日市哮喘事件。由于由于1955年开始的高硫重油的冶炼和工年开始的高硫重油的冶炼和工业燃油产生的业燃油产生的二氧化硫和金属粉尘二氧化硫和金属粉尘对大气的污染，从对大气的污染，从1961年开年开始发作，造成上千人得哮喘病，数十人死亡。始发作，造成上千人得哮喘病，数十人死亡。 洛杉矶光化学烟雾事件。洛杉矶光化学烟雾事件。由于汽车长期排出的由于汽车长期排出的氮氧化合氮氧化合物和碳氢化合物物和碳氢化合物经光化学反应生成臭氧等二次污染，从经光化学反应生成臭氧等二次污染，从1943后，后，造成成千上万人得了红眼、流泪、喉痛、胸闷和呼吸困难等疾造成成千上万

7、人得了红眼、流泪、喉痛、胸闷和呼吸困难等疾病，仅病，仅1955年就造成约年就造成约400死亡，同时造成大片树木枯死和农死亡，同时造成大片树木枯死和农作物遭到严重破坏。作物遭到严重破坏。 汽车对环境的污染汽车对环境的污染 主要有害排放物：主要有害排放物： 一氧化碳一氧化碳CO、碳氢化合物、碳氢化合物HC、氮氧化合物、氮氧化合物NOx、二氧化硫、二氧化硫SO2、微粒（铅化物、黑烟、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛等）等。微粒（铅化物、黑烟、油雾等）、臭气（甲醛、丙烯醛等）等。 这些有害排放物在柴油机中不到废气总量的这些有害排放物在柴油机中不到废气总量的1%，在汽油机中有，在汽油机中有时可达时可达5%左

8、右。左右。 但是，大部分有毒，或有强烈的刺激性、臭味和致癌作用。但是，大部分有毒，或有强烈的刺激性、臭味和致癌作用。 一氧化碳（一氧化碳（CO）的危害）的危害CO是无色无味，与人体内的血红蛋白的结合能力是氧气的是无色无味，与人体内的血红蛋白的结合能力是氧气的240倍，倍，当空气中的当空气中的CO含量超过含量超过0.1%时，会导致人体中毒，当时，会导致人体中毒，当75%的血红的血红蛋白丧失输氧能力时，就会导致人体窒息。蛋白丧失输氧能力时，就会导致人体窒息。 碳氢化合物（碳氢化合物（HC）的危害）的危害HC是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物是未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂

9、解和部分氧化产物,包括烷烃、烯烃、芳香烃等数百种成分。烷烃有麻醉作用，对包括烷烃、烯烃、芳香烃等数百种成分。烷烃有麻醉作用，对人的口鼻粘膜有刺激；烯烃略有甜味，有麻醉作用，部分烯烃人的口鼻粘膜有刺激；烯烃略有甜味，有麻醉作用，部分烯烃对人的口鼻粘膜有刺激，是造成烟雾的因素之一；芳香烃有特对人的口鼻粘膜有刺激，是造成烟雾的因素之一；芳香烃有特殊气味，对人的神经系统有害，带有多环的芳香烃有致癌作用。殊气味，对人的神经系统有害，带有多环的芳香烃有致癌作用。 氮氧化合物（氮氧化合物（NOx）的危害）的危害主要包括主要包括NO和和NO2。NO无色无味，毒性不大，在空气中能生成无色无味，毒性不大，在空气中

10、能生成NO2，但高浓度的，但高浓度的NO对血液有毒性作用，能使中枢神经瘫痪及对血液有毒性作用，能使中枢神经瘫痪及痉挛。痉挛。NO2是一种红棕色气体，有强烈的刺激性气味，是汽车是一种红棕色气体，有强烈的刺激性气味，是汽车排气中恶臭物质成分之一，能与肺部的水分结合生成可溶性硝排气中恶臭物质成分之一，能与肺部的水分结合生成可溶性硝酸，严重时会引起肺气肿。另外，酸，严重时会引起肺气肿。另外，NO2是地面附近大气中形成是地面附近大气中形成臭氧的主要因素之一，也是形成酸雨的主要物质。臭氧的主要因素之一，也是形成酸雨的主要物质。 微粒微粒（PM）的危害）的危害 微粒的主要成分是碳及其吸附的有机物质。微粒的主

11、要成分是碳及其吸附的有机物质。汽油机排放的微粒较少，主要是燃用有铅汽油后生成的铅化物微粒，汽油机排放的微粒较少，主要是燃用有铅汽油后生成的铅化物微粒，铅对人体十分有害，进入人体血液后，可通过血液分布到软组铅对人体十分有害，进入人体血液后，可通过血液分布到软组织和骨骼中，导致造血功能衰退、肝功能障碍，容易引起贫血，织和骨骼中，导致造血功能衰退、肝功能障碍，容易引起贫血，铅对消化系统和神经系统也有损害作用。铅对消化系统和神经系统也有损害作用。柴油机排放的微粒较多，其主要成分是碳烟，碳烟本身无毒，但这柴油机排放的微粒较多，其主要成分是碳烟，碳烟本身无毒，但这种细小的颗粒物在自然界中会形成飘尘或扬尘，

12、进入人体肺部，种细小的颗粒物在自然界中会形成飘尘或扬尘，进入人体肺部，会造成肺组织损伤。另外，碳烟常夹附有会造成肺组织损伤。另外，碳烟常夹附有SO2及其它碳氢化合及其它碳氢化合物（如致癌的多环芳香烃、苯丙芘等），也会对人体造成伤害。物（如致癌的多环芳香烃、苯丙芘等），也会对人体造成伤害。碳烟中所含有的镉、镍、铊、铜、氟等元素对动植物有一定破碳烟中所含有的镉、镍、铊、铜、氟等元素对动植物有一定破坏作用。坏作用。 二氧化硫二氧化硫（ SO2 ）的危害）的危害SO2是无色气体，有强烈刺激气味，和水结合后形成亚硫酸，对人是无色气体，有强烈刺激气味，和水结合后形成亚硫酸，对人的口鼻粘膜有强烈的刺激性，若

13、与灰尘一起，则危害更大。的口鼻粘膜有强烈的刺激性，若与灰尘一起，则危害更大。SO2也是导致酸雨的主要原因。也是导致酸雨的主要原因。 醛类的危害醛类的危害醛类有害物质主要包括甲醛、乙醛、丙醛和丙烯醛等。大多数醛类醛类有害物质主要包括甲醛、乙醛、丙醛和丙烯醛等。大多数醛类有刺激性气味和麻醉作用，对人的呼吸系统和眼睛有害，醛还有刺激性气味和麻醉作用，对人的呼吸系统和眼睛有害，醛还会在大气中发生光化学作用，产生光化学烟雾。会在大气中发生光化学作用，产生光化学烟雾。 臭氧（臭氧（O3）的危害）的危害O3是含有是含有NOx和烃类的废气经过光化学反应形成的。和烃类的废气经过光化学反应形成的。O3是刺激性是刺

14、激性很强的气体，它刺激人的眼睛和呼吸道，空气中含有很强的气体，它刺激人的眼睛和呼吸道，空气中含有0.1 10-6的的臭氧时，会使人明显感到呼吸困难，它比臭氧时，会使人明显感到呼吸困难，它比SO2和和NO2更有害。臭更有害。臭氧也影响植物的光合作用，是导致森林病害的主要因素之一。氧也影响植物的光合作用，是导致森林病害的主要因素之一。 二氧化碳（二氧化碳（CO2）的危害）的危害CO2是无色气体，略有酸味，无毒。二氧化碳过去并不人为是一种是无色气体，略有酸味，无毒。二氧化碳过去并不人为是一种有害气体，但是，目前的研究表明，二氧化碳能吸收红外线辐有害气体，但是，目前的研究表明，二氧化碳能吸收红外线辐射

15、，随着大气中二氧化碳含量的增加，吸收地面的红外线辐射射，随着大气中二氧化碳含量的增加，吸收地面的红外线辐射也增多，导致地面辐射散失到宇宙空间的热量减少，从而导致也增多，导致地面辐射散失到宇宙空间的热量减少，从而导致大气温度上升，形成日益严重的大气温度上升，形成日益严重的“温室效应温室效应”，影响到全球气，影响到全球气候的变化。候的变化。*降低汽车的有害排放物势在必行降低汽车的有害排放物势在必行 对汽车排放的限制对汽车排放的限制 欧洲轻型车排放物限值（欧洲轻型车排放物限值（g/km）法规法规生效日期生效日期汽油车汽油车COHCNOxCOHCNOx微粒微粒柴油车柴油车欧欧1992年年欧欧 1995

16、年年10月月欧欧欧欧2000年年2005年年2.722.720.970.970.970.970.142.22.20.50.50.50.50.081.00.90.90.102.30.640.20.150.560.500.051.00.500.10.080.300.250.025注：注：为非直喷式；为非直喷式；为直喷式为直喷式我国道路车辆，我国道路车辆，2005年起执行欧洲年起执行欧洲号排放标准号排放标准 降低汽车有害排放的措施降低汽车有害排放的措施 机内净化机内净化曲轴箱通风曲轴箱通风（PCV）（汽、柴油机）（汽、柴油机）降低降低HC 活性炭罐式汽油蒸发排放物控制系统活性炭罐式汽油蒸发排放物控制

17、系统（汽油机）（汽油机）降低降低HC 废气再循环废气再循环（EGR） （汽、柴油机）（汽、柴油机）降低降低NOx 涡轮增压和中冷技术涡轮增压和中冷技术（汽、柴油机）（汽、柴油机）降低降低NOx、微粒、微粒 高压共轨技术高压共轨技术（柴油机）（柴油机）降低微粒和降低微粒和NOx 稀薄燃烧技术稀薄燃烧技术（汽油机）（汽油机）降低降低NOx、HC和和CO 均质压燃技术均质压燃技术（HCCI）（柴油机）（柴油机）降低降低NOx和碳烟和碳烟 后处理后处理 二次空气喷射二次空气喷射（汽油机）（汽油机）降低降低HC、CO 排气热反应器排气热反应器（汽油机）（汽油机）降低降低HC、CO 再次燃烧法再次燃烧法（

18、后燃法）（汽油机）（后燃法）（汽油机）降低降低HC、CO 三效催化转换器三效催化转换器（汽油机）（汽油机）降低降低NOx、 HC、CO NOx吸附催化转换器吸附催化转换器（汽油机）（汽油机）降低降低NOx 微粒过滤器微粒过滤器（柴油机）（柴油机） 降低微粒降低微粒 氧化催化转换器氧化催化转换器（柴油机）（柴油机） 降低可溶有机物、降低可溶有机物、HC和和CO*节能和环保是汽车技术发展的两大主题，寻求清洁、有节能和环保是汽车技术发展的两大主题，寻求清洁、有效的替代燃料是汽车技术发展的主要方向。效的替代燃料是汽车技术发展的主要方向。3、汽车新能源、汽车新能源 电能电能电动汽车电动汽车优点：优点：

19、来源丰富来源丰富 污染和噪声小污染和噪声小零污染零污染 结构简单维修方便结构简单维修方便 能源效率高能源效率高比汽油车高比汽油车高40%缺点：缺点： 能量密度低能量密度低汽车续驶里程短，动力性差汽车续驶里程短，动力性差 充电时间长充电时间长一般一般610h 电池成本高、寿命短电池成本高、寿命短应用：试验阶段。应用：试验阶段。未来汽车的主体未来汽车的主体 氢气（氢气（H2）燃料电池汽车（氢气汽车）燃料电池汽车（氢气汽车）优点：优点： 来源非常丰富来源非常丰富水、天然气、煤等水、天然气、煤等 污染很少污染很少NOx 热效率高热效率高混合气均匀、火焰传播速度快（混合气均匀、火焰传播速度快（4.85m

20、/s，汽，汽 油油0.83m/s）缺点：缺点： 成本高成本高电解水电解水 储带不便储带不便气态储带气态储带(能量密度低能量密度低)、液态储带、液态储带(-253) 动力性差动力性差密度小使单位体积的热值低密度小使单位体积的热值低应用：决定于制取和储带技术的突破。应用：决定于制取和储带技术的突破。 天然气（天然气（NG）天然气汽车天然气汽车主要成分：主要成分：CH4（85%95%）,少量乙烷、丙烷、丁烷、氮、少量乙烷、丙烷、丁烷、氮、CO2优点：优点： 来源丰富来源丰富储量与石油相当储量与石油相当 污染少污染少NOx、微粒、微粒、CO、HC、SO2、CO2比汽油低比汽油低 辛烷值高辛烷值高RON

21、120 价格低价格低1.5元元/m3（按热值计（按热值计,1m3NG0.81kg 汽油）汽油）缺点：缺点： 能量密度低能量密度低热值低热值低 储带不便储带不便加压储带（加压储带（CNG），储气瓶占用空间大），储气瓶占用空间大应用：应用：20世纪世纪30年代意大利率先使用天然气汽车，超过年代意大利率先使用天然气汽车，超过500万辆。万辆。 液化石油气（液化石油气（LPG）液化石油气汽车液化石油气汽车主要成分：丙烷（主要成分：丙烷（C3H8）和丁烷（）和丁烷（C4H10）混合物）混合物 -0.5、0.8MPa下为液体下为液体优点：优点： 来源较丰富来源较丰富天然气和石油加工的副产品天然气和石油加工

22、的副产品 污染少污染少NOx、微粒、微粒、CO、HC、SO2、CO2比汽油低比汽油低 辛烷值高辛烷值高RON94缺点：缺点： 能量密度低能量密度低热值低热值低 储带不便储带不便好于好于NG应用：应用：20世纪世纪30年代意大利率先使用，已超过年代意大利率先使用，已超过400万辆。万辆。 醇类燃料醇类燃料醇类汽车醇类汽车 醇类主要指甲醇（醇类主要指甲醇（CH3OH ）和乙醇（）和乙醇（CH3CH2OH ）优点：优点： 来源丰富来源丰富甲醇：天然气、煤、木柴等甲醇：天然气、煤、木柴等 乙醇：植物乙醇：植物(甘蔗、玉米甘蔗、玉米)、化工原料、化工原料(乙烯乙烯) 污染很少污染很少含氧燃料，含氧燃料，

23、NOx、HC、CO、CO2低低 燃料经济性好燃料经济性好 燃烧速度快、有利于稀燃、生产成本低燃烧速度快、有利于稀燃、生产成本低 储带性好储带性好无色透明、易挥发的液体无色透明、易挥发的液体缺点：缺点： 汽化潜热大、饱和蒸汽压低汽化潜热大、饱和蒸汽压低汽化困难，影响启动性能。汽化困难，影响启动性能。 十六烷值低十六烷值低 热值和能量密度较低热值和能量密度较低约为汽油和柴油的一半约为汽油和柴油的一半 腐蚀性和毒性腐蚀性和毒性应用：作为能源的补充燃料应用：作为能源的补充燃料 二甲醚（二甲醚（DME）二甲醚汽车二甲醚汽车优点：优点： 来源丰富来源丰富用天然气、煤、石油或生物质制取用天然气、煤、石油或生物质制取 污染很少污染很少NOx、HC、CO低低 十六烷值高十六烷值高十六烷值为十六烷值为55 60 缺点：缺点： 储运不便储运不便常温常压下呈气态，常温常压下呈气态，0.53MPa以上可液化以上可液化 润滑