【正文】 氫氣既可以單獨(dú)作為內(nèi)燃機(jī)燃料用于發(fā)動(dòng)機(jī)，也可與汽油 作為混合燃料用于發(fā)動(dòng)機(jī)。 第 3章 汽車替代燃料 概 述 ，能量密度大 、無毒、污染小 ，來源廣，容易制取 、儲(chǔ)存和使用 的改裝即可使用。 氫氣 近年來，氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的熱度明顯上升，它是清潔能源 應(yīng)用的一個(gè)好契機(jī)，同時(shí)它和燃料電池電動(dòng)汽車在都使用氫氣 這一點(diǎn)上有著同根同源的關(guān)系，在氫能源社會(huì)建設(shè)工程方面， 是一個(gè)非常合適的過渡。 2023年 6月 16日，美國(guó)南加州莫哈韋沙漠的艾爾 但高壓容器貯氫方式的重量較大， 與金屬氫化物貯氫方式相當(dāng)。其優(yōu)點(diǎn)在于：①無毒性，無污染，來源廣，是地球 上僅次于氧的最豐富元素，主要以化合物的形式存在于水中； ② 氫燃料中不含碳元素，因而不排放 CO、 HC及硫化物； ③單位重量的氫釋放的熱能比任何碳?xì)淙剂隙几?，約為化石 燃料的 3倍；氫能源使用效率高，比常規(guī)的化石燃料的熱效率高 10％～ 15％； ④ 比重小，火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?，其火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哌_(dá) ， 是汽油的 ，這就說明氫氣的抗爆性比汽油好； ⑤氫極易點(diǎn)燃，最小點(diǎn)火能量只有汽油的 1/3，可燃界限寬， 在空氣中的著火界限是 ％～ 75％比汽油和柴油的著火界限 大很多，容易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒； ⑥氫氣是一種清潔燃料，其燃燒產(chǎn)物是水，沒有碳和碳煙。 天然氣 天然氣（ Natural Gas，簡(jiǎn)稱為 NG） ，天然氣系古生物遺 骸長(zhǎng)期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生的氣態(tài)碳?xì)浠? 合物，具可燃性，多在油田開采原油時(shí)伴隨而出或純天然氣氣 田。 天然氣的應(yīng)用： 1）民用燃料：天然氣價(jià)格低廉、熱值高、安全性能、環(huán)境 性能好，是民用燃?xì)獾氖走x燃料； 2）工業(yè)燃料：以天然氣代替煤，用于工廠采暖，生產(chǎn)用鍋 爐以及熱電廠燃?xì)廨啓C(jī)鍋爐； 3）工藝生產(chǎn)：如烤漆生產(chǎn)線，煙葉烘干、瀝青加熱保溫等 4）化工原料：如以天然氣中甲烷為原料生產(chǎn)氰化鈉，黃血 鹽鉀，赤血鹽鉀等； 5）壓縮天然氣汽車：以天然氣代替汽油，具有價(jià)格低、污 染少、安全等優(yōu)點(diǎn)，可以解決汽車尾氣污染問題。L1） 臨界壓力 /MPa 辛烷值 RON 130 汽化潛熱 /（ kJ 5）抗爆燃性能好，辛烷值是 130。 存罐內(nèi)。 壓縮天然氣汽車按燃料供給系統(tǒng)不同又可分為專用壓縮天 然氣汽車、壓縮天然氣與汽油兩用燃料汽車、壓縮天然氣與柴 油雙燃料汽車等。 2）液化天然氣汽車 是將液化天然氣儲(chǔ)存在溫度為 112K壓力為 存罐內(nèi)，其密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的 600多倍，能量密度約為汽油的 72%，已接近汽油。 液化石油氣 石油氣概述 液化石油氣（ Liquefied Petroleum Gas，簡(jiǎn)稱 LPG）是煉 油廠進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品，是由煉廠 氣或天然氣 (包括油田伴生氣 )加壓或降溫液化得到的一種無色 或黃棕色油狀揮發(fā)性液體。m3） 凝點(diǎn) /℃ 混合氣熱值 /（ MJs1） 38 37 氣 /液容積比（ 15℃ ） 273 236 火焰溫度 /℃ 1970 1975 液化石油氣的主要物化特性 液化石油氣的特點(diǎn) 1）抗爆性能高 2）排放污染小 3）火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷? 4）點(diǎn)火能量高 5）與空氣的理論混合氣熱值低 6）便于攜帶 液化石油氣在汽車上的使用 為保證液化石油氣的質(zhì)量能滿足汽車的使用需求，我國(guó)對(duì) 車用液化石油氣的技術(shù)要求如下表所示。石油 氣屬非再生能源且儲(chǔ)量沒有天然氣豐富； ③天然氣儲(chǔ)運(yùn)不便（低溫 162℃ 或高壓 20～ 25Mpa時(shí)才會(huì)液 化），液化石油氣儲(chǔ)運(yùn)方便（常溫 690Kpa時(shí)會(huì)液化）； ④汽車動(dòng)力性都有所下降； ⑤純甲烷的理論混合氣熱值比汽油低 10％左右，液化石油氣 介于天然氣和汽油之間； ⑥ LPG汽車的特點(diǎn)是技術(shù)上成熟，安全可靠性好、能量密度大 （一次充氣的行程與汽油接近）， LPG的供應(yīng)方便； ⑦抗爆性好，甲烷的研究法辛烷值為 130，國(guó)外研究，燃用 天然氣的專用型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的合理壓縮比為 12，容許壓縮比為 15，采用提高壓縮比的方法，從而大幅度提高汽車的動(dòng)力性和 經(jīng)濟(jì)性的潛力。煤氣的著火 溫度低，為 330℃ ～ 350℃ ，因此抗爆性較差，點(diǎn)火性能良好， 著火界限較寬。 醇類燃料的理化性質(zhì) 醇類燃料與汽油的主要理化性質(zhì)比較： 項(xiàng)目 甲醇 乙醇 汽油 常溫下的物理狀態(tài) 液態(tài) 液態(tài) 液態(tài) 密度 /（ g對(duì)橡膠和塑料等非金屬也具有較大的溶脹作用。甲 醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成 二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量。每噸汽油的價(jià)格為 6000多元人民幣，而甲醇 只有 1800元 ～ 3000元，基本上是汽油價(jià)格的 1/3。車輛的時(shí)速 110公里以下時(shí)，汽車只燒甲醇；時(shí)速在 110公里至 150公里之間時(shí)，駕駛員根據(jù)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)效 益，通過一個(gè) ECU可以靈活自由選擇普通汽油、 M1 M2 M70、 M8 M100等多種配比燃料。但是推廣甲 醇燃料，光靠技術(shù)層面的努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須建立完善的 甲醇燃料網(wǎng)絡(luò)體系，制訂甲醇燃油標(biāo)準(zhǔn)，獲得政府財(cái)稅政策的 支持，同時(shí)營(yíng)造良好的市場(chǎng)環(huán)境，做好市場(chǎng)宣傳引導(dǎo)工作，這 些都需要汽車行業(yè)、石化行業(yè)包括燃料甲醇生產(chǎn)企業(yè)等展開密 切的合作。 缺點(diǎn)： ①比普通汽油動(dòng)力下降油耗增加，天熱時(shí)還易于氣阻熄火； ②乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)周期只有 4— 5天，這影響使用乙醇汽油的 方便性。 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是：它本身不排放污染大氣的有害氣體；電力 可以從多種一次能源中獲得，如煤、核能、水力、風(fēng)力等；同 樣的原油經(jīng)過粗煉送至電廠發(fā)電后將電充入電池，再由電池驅(qū) 動(dòng)汽車其能量利用效率比原油經(jīng)過精煉變?yōu)槠驮俳?jīng)汽油機(jī)驅(qū) 動(dòng)汽車的能量利用效率高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化 碳的排量；電動(dòng)汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的 電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高了其經(jīng)濟(jì) 效益。形象一點(diǎn)說，就是將 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)盡量做小，讓一部分動(dòng)力由電池 — 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。 ⑤有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、 除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。大多 數(shù)的燃料電池都是利用空氣中的氫氣和氧氣來發(fā)電的，也有的 是用甲醇或天然氣，將會(huì)產(chǎn)生極少的二氧化碳和氮氧化物。氧氣 （或空氣）則由陰極進(jìn)入燃料電池。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池汽車具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）零排放或近似零排放。正因?yàn)槠洵h(huán)保的特點(diǎn)， 太陽能汽車被諸多國(guó)家所提倡，太陽能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也日益 蓬勃。優(yōu)點(diǎn)是外觀與現(xiàn)有車輛類似，沒有另 類的感覺，缺點(diǎn)是要經(jīng)常到太陽能電站充電，當(dāng)然續(xù)行能力也 受到限制。 它使用方便經(jīng)久耐用又很干凈，不污染環(huán)境，是比較理想的 一種電源。電池充滿電時(shí)，這輛概念車能行駛 800公里。美國(guó)是世界 上第二大可再生燃料生產(chǎn)國(guó)。作為可再生能源，與石油儲(chǔ)量不同，其 通過農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力，可供應(yīng)量不會(huì)枯竭。常 溫常壓下為氣態(tài)，常溫時(shí)可在五個(gè)大氣壓下液化，液體二甲醚 看似水，易于儲(chǔ)存與運(yùn)輸，它的十六烷值較高（在 55以上）， 適合在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上使用，其自燃點(diǎn)較低，比柴油低 15℃ 。 水燃料 2023年 6月 12日，一家名為“基尼派克斯”的日本公司在 大阪發(fā)布了他們的最新研究成果 — 水燃料電池車。液態(tài)氮制取并不復(fù)雜，分離空氣中的氮?dú)?，? 160℃ 下進(jìn)行低溫液化即可。據(jù)該公司介紹，此系統(tǒng)的主 要特征是使用了一種名為膜電極組（ Membrane Electrode Assembly， MEA）的技術(shù)，可以將水通過化學(xué)反應(yīng)分解為氫氣 和氧氣，進(jìn)而以此推動(dòng)汽車前進(jìn)。 ： 1）二甲醚價(jià)格不便宜 ； 2）二甲醚汽車整車還需改造或增加壓力容器、輸送泵等設(shè) 備，估計(jì)整車成本較歐 II柴油車成本增加 2萬元左右 ； 3）二甲醚產(chǎn)量較低。由甲醇（ CH3OH）脫水而得，也可由原甲 酸在三氯化鐵的催化下分解而得。水分有利于降低油的黏 度、提高穩(wěn)定性，但降低了油的熱值； 2)pH值低，故貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料； 3)具有 “ 老化 ” 傾向，加熱不宜超過 80℃ ，宜避光、避免與 空氣接觸保存； 4)潤(rùn)滑性能好。白天， 太陽電池把光能轉(zhuǎn)換為電能自動(dòng)存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中，在晚間還 可以利用低谷電（