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汽车燃料发展历程

来源:(本文来自“无所不能”网站 作者:庞名立) 日期:2014-09-09 浏览量:

汽车燃料发展历程

汽车燃料的发展是与能源发展相伴而行。在石油时代,汽车使用汽油、柴油作为动力燃料,不但给城市造成空气污染,而且随着石油供应短缺,造成燃油价格上涨,随之出现燃气汽车和生物燃料汽车,作为替代燃料。能源发展逐步向再生能源过渡,出现利用太阳能、风能等发电的电动汽车,最终出现以氢为燃料的燃料电池汽车。

石油时代前的汽车燃料史

1765 年英国瓦特James Watt1736-1819改良了蒸汽机,引发了18世纪的工业革命,促进了社会经济的发展,改变了全球的面貌。

1769年法国陆军工程师古诺(Cournot1725-1804年)研制出了世界上第一辆蒸汽机驱动的三轮车,利用装在车前部的一个锅炉产生的蒸汽推动气缸中的活塞来驱动前轮运行。虽然这台车辆的速度只有3.5 公里/小时而且运行时隆隆作响、滚滚浓烟,但是正是它的出现标志着人类以机械力代替人力、畜力等驱动车辆时代的开始。由于试车时转向系统失灵,撞到般圣奴兵工厂的墙壁上粉身碎骨,这也是世界上第一起机动车事故。

1834美国托马斯·达文波特Thomas Davenport1802-1851)制造出第一辆直流电机驱动的电动车。

1860年法国莱诺以煤气作为燃料,研制成世界上最早的气体燃料发动机,1876年德国奥托又对莱诺的发明进行了改进提高,通过采用飞轮组件,使得发动机的运转更为平稳,又通过加长进气道和改进气缸盖构造等,使得气体燃料与空气的混合更为充分,进而提高了气体发动机的热效率。

1901托马斯··帕克Thomas Hugh Parker由木材气化炉产生的一种合成气作为驱动汽车的燃料。在生产过程中,生物质或含碳物质在缺氧环境下燃烧生成以氢气和一氧化碳为主的合成气,然后在富氧的环境下燃烧产生二氧化碳、水和热量。首次将木煤气用于汽车。

到19世纪中叶,波兰药剂师卢卡西维茨(Jan Józef Ignacy Łukasiewicz,1822~1882年)发现了使用更易得的石油提取煤油的方法,并于1854年首次挖掘世界上第一口油井。由于常规石油的经济价值最高,能源很快进入石油时代,汽车燃料也随之进入燃油汽车阶段。

汽车燃料发展阶段

常规原油的烃类价值层次最高,因此,我们所处的能源时代称为石油时代,可是随着全球经济发展,石油大力开发,以至于石油在一次能源消费中的比例逐年降低,能源供应呈现多元(种类)化和多源(渠道)化,这个时代称为后石油时代。图为日本对汽车燃料进程的描述,开始为燃油汽车,中间经由替代燃料汽车(以混合动力型汽车位代表),最终到燃料电池汽车。

汽车燃料的发展随着能源时代而变迁,可以分为3个阶段,从燃油汽车→替代燃料汽车(燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、电动汽车)→燃料电池汽车。

⒈ 燃油汽车阶段。以汽油和柴油为发动机的驱动力,燃料能耗高,汽车尾气排放有氮氧化物、含硫化物和二氧化碳等,是造成城市雾霾的主要原因之一。

⒉ 替代燃料汽车阶段。使用替代车用汽油和柴油的汽车。这种替代燃料汽车分为5种类型:

⑴ 燃气汽车(Gas vehicle)。利用可燃性气体作为燃料的汽车,燃气汽车可分为:天然气汽车(压缩天然气汽车、液化天然气汽车)和液化石油汽车

掺混燃料汽车flex-fuel vehicles)。汽车只有一套燃料供给系统,可以使用普通汽油,也可以使用汽油与醇类(乙醇或甲醇)混合燃料,如E85 (85%乙醇, 15% 汽油)M85 (85%甲醇,15%汽油)或这些燃料的其他比例。

两用燃料汽车Bi-fuel Vehicles)。使用汽油或替代燃料的汽车,具有两套独立的燃料供给系统,两种燃料可以互相切换,但是一次只能使用一种燃料。

双燃料汽车Dual fuel vehicle 同时使用一种替代燃料和汽油或柴油的汽车。两种燃料经两套独立的燃料供给系统,同时喷入发动机燃烧室。

⑸ 电动汽车Electric Vehicles 指以车载电源为动力,用电动机驱动车轮行驶的车辆。

⒊ 燃料电池汽车阶段。将车载燃料电池所产生的电力用作动力的汽车。燃料电池直接将化学能转化为电能而不经过热能这一中间环节,因而效率高。燃料电池汽车根据入池燃料不同而分为氢燃料电池汽车、车载重整燃料电池汽车和直接甲醇燃料电池汽车等类型。

目前,汽车燃料发展已经进入替代燃料汽车阶段,这是一个比较长得发展时期,而且燃料种类多,车型也多,可再生能源如生物乙醇、生物柴油、生物丙醇、一次电力等开始进入汽车燃料领域。

汽车燃料发展不但改变汽车的运行性能,更重要的是节省能量,减少了能耗。电动汽车是汽车发展的中间阶段,最终朝向燃料电池汽车发展。

汽车燃料的利用路径和效率

汽车燃料发展不是简单的提高汽车运行性能,而且提高了汽车燃料的效率,从而减少了对石油的依赖。能量的运输和转换都必须消耗本身能量的。图表示各种汽车燃料从生产到汽车利用的综合效率,图中“PC”质子交换膜燃料电池

基础能源用作汽车燃料的利用路径和效率”图说明:原油、天然气、电力等的起点均为1.000,通过逐级转换就会逐级降低,得出能源的综合效率。如:

 常规燃油汽车

1×0.957×0.879×0.152=0.128

从原油生产到汽车能量消费,其综合效率为12.8%

 从天然气生产甲醇制氢,经由燃料电池供汽车用

1×0.973×0.643×0.983×0.716×0.462=0.203

此方案综合效率为20.3%,明显比常规燃油汽车高。


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