环保、节能与绿色汽车

                —发展现状及未来趋势            

     燃油汽车发展到今天，已面临“环境污染”与“能源危机”的双重压力。降低油耗并寻求新的替代能源，以及开发低污染或零污染的绿色汽车(又称环保汽车、清洁汽车)，已成为当今世界汽车工业尤其是我国汽车工业发展的主题。　　由于严重的资源不足并希望从日本、德国等发达国家获取节省能源、再利用技术等方面的经验，2004年下半年，国家发改委开始探讨制定“循环型经济促进法”，目前正在汽车等行业确立循环型经济试点企业。与此同时，中国环境保护总局也正在讨论、制定绿色汽车指导方针，以及基于标准的优惠政策(税制优惠、城市内的限行条件等)，目前预计的公布日期为2005年年底，优惠政策的适用时间早为2006年上半年。 　　何谓绿色汽车？不同时期、不同国家或地区有不同的定义。一般是指能够满足本国家或地区下一个阶段排放法规要求的目标值的车辆。比如，欧洲乘用车早在2001年就已开始实施欧ⅲ法规，而我国乘用车要到2007年才开始实施欧ⅲ，故对于我国目前来说，欧洲在用的乘用车就是绿色汽车。 　1．国外绿色汽车的发展现状及趋势 　1.1排放法规限值越来越严 　　随着汽车工业的快速发展,汽车的生产量和保有量急剧增加,汽车排放污染已成为大气污染主要的根源,严重地危害着人类的健康。据研究,目前大气中38.5%的一氧化碳(co)、21.7%的碳氢化合物、87.6%的氮氧化物、11.7%的二氧化碳(、6.2%的二氧化硫(so2)、32%的微粒物(pm)来自汽车废气排放。而城市大气中,61%的co、87%的hc、55%的nox来自汽车废气排放。因此解决汽车排放对环境污染的危害,已成为世界各国多年来研究的重要课题之一。 　　正因为如此，世界各国制定了限值不一的排放法规。可以不夸张地说，正是排放法规的日益严格，促进了世界汽车技术、尤其是柴油机技术突飞猛进的发展。 　美、日、西欧等发达国家和地区，在汽车排放控制技术的研究与应用方面，已远远走在中国的前列。如欧盟国家的乘用车，早在1993年就实行了欧ⅰ标准、1997年实施欧ⅱ、2001年实施欧ⅲ、2006年将实施欧ⅳ。而中国现在实行的是国ⅱ(相当于欧ⅱ)，要到2007年7月1日才开始实施国ⅲ(相当于欧ⅲ)。欧洲2001年实行的欧ⅲ号标准，其污染物排放量相当于中国现行国ⅱ标准指标的52％～72％。到2006年，这个指标还会进一步下降，其中氮氧化物(nox)要比2001年下降30％。这是个很快的过程，而汽车排放控制技术及相关技术必须与其同步进行。　众所周知，美国由于汽油价格相对便宜，目前轿车大多还是采用汽油机。但这并不意味着美国在柴油机技术开发上不愿意花力气。事实上，与很多人的想象不一样，美国的排放标准比同年代的欧洲标准要严格得多。美国将在2006年开始实施超低排放标准，要达到的是比2002年的排放限值低90％的要求。2002年的排放标准允许排放量已是上世纪70年代的1/10，即是说，到2006年，允许的排放量是70年代的1/100。说得更通俗些，这意味着超低排放的发动机必须要达到这样的要求，即排出的尾气比吸进的空气还要干净。 　为了实现上面目标，美国环保局要求汽车制造商必须找到更先进的控制技术来降低尾气污染。为此，早在1991年，世界上26家著名的汽车及零部件公司合作，在美国组成了清洁柴油机研究联合体，专门研究柴油机的排放问题。1999年第二期研究项目完成后，开发的柴油机技术已相当于欧洲ⅴ号水平，达到世界领先。现在该联合体正在进行第三、第四期项目的研究。 　　1.2 汽车环保技术的研发及应用速度加快 　　近年汽车技术要解决的首要问题之一就是降低汽车污染对环境的冲击。一般情况下，这同节约能源相互矛盾，但有时，却是辨证的统一，如降低汽车油耗，就可减少co2排出，从而改善地球温室效应。总之，在地区和全球环境保护，诸如:减缓全球温度变暖、控制汽车排放、降低汽车噪声和废旧车(elv)回收处理等方面，加快应用现成的先进技术和研发新的技术以满足相关法规要求，是近年及未来一定时期内世界各大汽车企业的紧迫课题。 　(1)降低汽车油耗，防止全球温度变暖 　　目前，一些3～4升油耗汽车，即燃用3～4升汽油或同等物行驶100公里的汽车，已在国际市场上相继推出。然而,要开发和生产出一些发达国家下一阶段油耗法规要求的3升以下、甚至2升油耗的汽车，仅用常规技术是远远不够的。 　燃油经济性的改进通常涉及提高动力装置效率、优化空气动力学设计和降低车身重量等方面。然而,一般汽油和柴油机的性能水平已经很高，因此,需要开发新的技术来实现目标。取代汽车发动机的有前途的动力源是燃料电池。为了确保其在汽车上的有效应用,必须开发尺寸更小、重量更轻、输出功率和能量密度更大的燃料电池以及燃料供应技术,如高密度氢气存储和氢气制造技术。要实现燃料电池车的商品化必须解决诸多问题,如改进燃料重整器等。对燃料类型、基础结构开发方向的进一步研究同样非常必要。 　另外,清洁能源车和低排放车技术的开发与商业化同样必须考虑温室效应问题。减轻汽车重量将是刻不容缓的,但简单的减重可能意味着在安全性方面要做出牺牲。因此,必须开发出轻型、坚固和低成本的特优合金和特优聚合合金(新一代塑料)以及造型技术。 　　具体说来，控制全球温度变暖,实施2～3l油耗汽车战略，目前及未来一定时期国外主要考虑研发并应用以下技术： 　　，开发燃料电池作为动力源，尤其应首先考虑以氢气作为燃料的燃料电池。这不光涉及氢燃料电池组,还涉及到以甲醇为基础的直喷燃料电池以及带有高密度氢存储技术的大容量、高性能的副电池(它起到代替燃料箱的作用)。氢气生产和供应技术的开发必须与燃料电池的开发同步,以便在3～5年后推出批商品化的燃料电池车并建立燃料标准；在10年后实现大批量销售燃料电池车和完善燃料供应体系。 　第二，进一步开发和向市场推出清洁能源车和低排放车技术。为了控制温室效应气体(co2),混合动力车和燃气汽车必须进一步改良。混合动力车虽已上市,但它们需要继续开发更好的电动装置、提高效率、简化控制系统和降低成本。到2010年前后,必须加大开发力度以实现更大的市场渗透率。现许多发达国家政府正采取各种措施以促进清洁能源车的广泛应用。 　第三，减轻汽车重量。这是迅速改善燃油经济性的关键因素,必须通过开发轻质、高强度材料和加强工业界、院校和政府部门之间的合作来实现。 　(2)加快燃油汽车排放控制技术的研发和应用 　降低汽油车的排放需要进一步改进发动机设计和进行催化剂的开发。为了确保催化剂耐用,石油工业界一直在致力于减少燃料中铅和硫的含量。将高性能催化剂和清洁燃料结合起来是进一步改善汽油车排放性能的佳选择。此外,为控制温室效应气体(co2)而作出提高燃油经济性的努力有望使直喷汽油发动机得到更广泛的应用。为了促使燃油经济性的改进与低排放控制保持一致,需要优先开发先进的稀nox催化剂。 　柴油机因热效率高和能量使用合理而成为当今受欢迎的内燃发动机。然而,由于不能使用汽油型三元催化剂，而导致其排出的nox和颗粒排放物比汽油机要高许多。近几年柴油机汽车的大量出现引起了“社会问题”,尤其是它排出的黑烟和颗粒物(直径2.5μm左右)被认为对人体有较大毒害,必需消除。但是，用现有技术不可能大幅度降低nox排放，因此，需要开发新的技术。 　　此外，要减少汽车废气排放,加快技术开发和健全燃料供应体系从而促进先进清洁能源车和低排放车的广泛应用是同等重要的。 　　具体说来，美、欧和日本等发达国家和地区为了达到2010年前后实施的汽车超低排放法规限值，目前及未来一定时期主要考虑研发并应用以下技术： 　　，开发超高性能催化剂。对柴油机而言,有必要开发能与汽油机的清洁率相似的催化剂,尤其是开发捕捉器、过滤器这样的装置来消除对人体健康有危害性的颗粒物质。同时，有必要在发动机启动后立即降低排放，这需要开发低温活化催化剂。为了尽快推出柴油机催化剂和在5年内将催化剂的活化时间降至现值的二分之一,还要很多技术难题等待攻克。由于这种催化剂的开发需要基础研究,故国外工业界和院校、研究所领域的广泛合作现正在加紧进行。 　　第二，燃料的改良。为了开发高性能的催化剂,有必要把燃料中的硫含量(会大大降低催化剂的耐用性)降到接近零。到2010年，必须达到批量生产超低硫含量轻油或部分采用合成燃料。为了实现这一目标，现国外汽车企业、院校、政府和石油工业之间正加紧合作，确定燃料标准、规格；同时跨国间的密切合作也在加紧进行。 　第三，继续改进发动机燃烧控制技术。迄今为止,在发达国家，私营部门已开始改进发动机燃烧控制系统。过去，国外大学实验室已经完成这方面高水平的研究工作,但汽车企业对这一领域的介入不多。由于控制技术中需要应用尖端处理器，因此，现国外高等院校与研究所正在继续深入进行研究，企业则积极配合。 　(3)促进报废车(elv)的回收和再利用 　　当汽车不能再使用时,作为elv由用户交给经销商或维修站,然后用处理机(如切碎机)拆卸并销毁。有用的部件、含铁和非铁质金属等被回收再利用,剩余的作为碎屑被处理掉。因此,促进elv回收对有效利用资源非常重要。另外,因elv中存在危及环境的材料(如:铅和其它重金属),故需防止它们在处理时释放出有毒物。 　　美国、欧洲、日本等发达国家和地区早在上世纪90年代就提出，采取elv回收措施争取2010年前后使elf的回收率达到90%以上；近年又提出在2025年前后实现elv的回收率100%。为了实现这些目标,在汽车设计阶段就考虑回收办法是必须的,同时还应引入有效处理和加工技术的新理念。目前及未来一定时期，国外主要考虑研发并应用以下elv的回收和再利用技术： 　，开发简易回收技术。为了使树脂和玻璃易于分离,必须尽早开发出有助于分离的零件。目前，部分玻璃已开始作为原材料供再利用,显然还有进一步提高利用率的潜力。到2010年,除了热塑性材料,树脂也应具备回收能力；为了去除金属杂质,要尽早进行简易分类设计；继续研究切碎屑的分拣和融化分离技术；防止金属和树脂衰变技术对实现相同材料的重复再利用很重要,必须逐步加以改进开发。另外,通过再聚合反应把树脂恢复成原料的研究正在试验阶段,这是未来回收的基础。由于不同的回收技术领域，如防止退化技术和树脂再聚合反应等，均需要基础研究,故不仅企业要付出努力,还应该借助院校和科研所的研究力量。 　　第二，开发再利用技术。促进这方面的工作需要再利用零件的供应和质量保证,所以目前已同时进行产品寿命检验技术的研发，理想状态是材料和零件本身具备自诊断特性。此外，还必须付出艰苦的努力，加快开发尽可能长效的或者具有自恢复能力的零件。 　第三，建立社会回收系统。尽可能让一些与汽车相关的工业介入evl回收工作，只有把回收作为社会系统的一部分来发展才能提高evl实际回收效率。因此，国外在回收技术开发上普遍赢得政府的支持,而不是单靠汽车工业和企业的单方努力。此外，热回收同样需要联合技术开发以实现汽车发动机的高效、低排放燃烧和确保相应法规的实施。 　(4)降低汽车噪声污染 　随着国外噪声法规的日趋严格,对汽车噪声已采取了一系列控制措施。然而,发动机缸体、活塞敲击以及冷却和进气系统等均有进一步改进的潜力。 　　美国、欧洲、日本等发达国家和地区为了达到2010年实施的汽车噪声法规要求，目前及未来5年，主要考虑研发并应用以下降噪技术： 　　，一些大型汽车上已安装了发动机罩盖和底壳,这些装置的应用领域正不断扩大并同时开发其它抑制装置。此外，进一步改进轮胎花纹和轮胎结构以减少轮胎噪声；为了降低动力噪声，更重要的未来技术是降低排气系统表面辐射噪声和提高激光消声能力。 　第二，控制道路环境。如:采用双层防水路面；在高速公路两侧建高隔声壁。更为先进的隔声壁和交叉路口加建隔声壁均可进一步降低噪声级。 　通过以上汽车和道路基础设施上的噪声控制,行驶中的汽车噪声可望在未来3～5年内降低2～3分贝甚至更多。 　　2.我国绿色汽车的发展现状及思考 　　2.1排放法规限值与同期国外水平差距明显 　　近年来，我国汽车行业发展迅速，2004年我国汽车产销突破500万辆，已成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国，汽车保有量超过6000万辆，机动车污染物排放总量持续攀升，汽车排放污染已经成为中国城市大气污染的重要因素。为改良大气环境，我国从2000年开始控制机动车尾气排放，实施相当于欧ⅰ标准的国家阶段排放标准(简称“国ⅰ”)，2004年开始实施相当于欧ⅱ标准的第二阶段排放标准(简称“国ⅱ”)。 　然而，美国和日本从20世纪60年代开始就对汽车排放进行控制，美国排放法规严，日本紧跟其后，而欧洲控制排放较美、日晚，而且标准要求较松，到1992年实施欧洲第1阶段(欧i)排放法规后，步伐加快，2000年已开始实施欧ⅲ，目前已超过日本，接近美国低污染汽车法规(lev)计划。 　欧美发达国家经济一体化程度高，科技发达，城市密集，经济繁荣，尤其在汽车工业方面起步早，技术成熟，普及率高，所以较早地对汽车排放进行控制，但直到20世纪90年代，才实施较为严格的排放标准；以欧洲为例，1992年才开始实施欧i标准，也就是说，欧洲用了几十年时间，进行技术和各项社会准备，各方面条件成熟后，才开始实施严格的排放标准。 　　在执行中，欧美国家以汽车排放法规严格控制新车排放，在用车排放控制则执行严格的检查、维护制度，采用税收激励政策，鼓励消费污染小的汽车，推动汽车企业不断进行技术改进，使汽车污染对环境的不利影响降低到小限度。 　　我国机动车污染控制工作始于1979年《中华人民共和国环境保护法(试行)》颁布以后，1984年4月1日起实施gb3842～3844-83四冲程汽油车怠速排放污染物、柴油车自由加速烟度、柴油车全负荷烟度等排放标准。从2000年开始实施国ⅰ，2004年开始实施国ⅱ，目前，国家环保总局已公布轻型汽车国ⅲ号自2007年7月1日起实施，国ⅳ号自2010年7月1日起实施。这里要说明的是国ⅳ号与欧洲ⅴ号大体上靠近、接轨。 <　就时间表来看，目前我国已落后于欧洲7年，落后于美国更多。欧洲从1992年到2010年用18年时间从欧洲ⅰ号达到欧洲ⅴ号，作为经济、社会发展尤其是汽车工业相对落后于欧美的我国，计划用10年的时间走过发达国家用近20年时间走过的路，显然，只有进行系统规划，有效管理并与我国发展阶段保持协调平衡，才能实现。 　　2.2 汽车环保关键技术的研发及应用速度缓慢　　(1)乘用车油耗标准出台，参照日本标准且较美国严格，但实施起来困难重重 　汽车的节能标准原来在国内是空白。但是，从今年 7月份开始，我国已开始实施《乘用车燃料消耗量限值》阶段值。该标准的出台是为了充实和完善我国汽车强制性标准体系，推动我国汽车燃料经济性的提高和汽车技术的全面进步。 　　阶段的限值基本相当于当前国产乘用车燃料消耗量的平均水平，从而保证《汽车工业“十五”规划》中提出的“在现有基础上，轿车和轻型车同类产品平均百公里油耗指标降低 5%-10%”目标的实现。第二阶段的限值中燃料消耗量比阶段减少 10%，保证汽车工业下一个五年规划“比现有油耗降低 15%目标的实现。” 　　该标准的出台，将直接提升汽车的技术含量。由于明年1月1日起国家将实施进口汽车自动许可，制定这个标准就是为了让国外技术含量较高的车进入中国市场，防止一些技术落后、能源浪费严重的进口车进入。同时高技术含量进口车必将带来竞争的压力，可促进国内汽车厂商在自主研发高级技术上的投入。 　　然而，该标准出台近一年了，实施起来可谓雷声大雨点小，由于缺乏细则的支持，实施效果很差。业内人士甚至坦言“新标准只是政府给企业指出的发展方向而已，短期内很难奏效。” 　　(2)尾气排放、噪声控制以及报废车的回收和再利用等环保关键技术的研发与应用速度缓慢、落后 　尾气排放：一是燃油质量方面，燃油是汽车发动机的动力源,燃油质量不仅直接关系到汽车的动力性、经济性、耐久性,而且对汽车的排放性能起着至关重要的作用。 　目前我国的燃油质量与发达国家同标号的燃油质量相比有较大的差距。由于原油成份及炼油技术的差异,使我国的成品油含硫量与烯烃含量均较高。试验检测表明,同样的发动机使用国外和国产的油品或国产不同生产厂家不同批次的成品油,其性能差异较大,特别是排放差异明显。烯烃含量高会导致发动机爆震及喷嘴结炭堵塞,工作不平稳,可靠性、耐久性差,硫、铅含量高,将导致电喷发动机三元催化器中毒、失效,使发动机排放恶化。 　二是乘用车尾气排放控制方面，目前国内乘用车主要采用汽油机，尽管我国于1994年10月开始批量生产汽油机电子控制系统,在某种程度上缩短了与国外汽油机排放控制技术的差距。但实际上，由于国内乘用车主要靠与跨国集团合资生产，故其排放控制的关键技术还普遍掌握在外国人手里，我们还处在引进、消化吸收的低、中级水平。 　　三是商用车尾气排放控制方面，目前国外控制商用车柴油机微粒(pm)排放措施主要是中冷涡轮增压、催化转化器、微粒捕捉器、电控可变技术、使用低硫柴油等。我国对柴油机微粒排放控制起步较晚，标准也较宽松，目前与世界发达国家柴油商用车微粒排放控制水平存在较大的距离，满足欧ⅱ标准的柴油机刚被广泛使用。相应的净化技术措施基本限于对燃油系统和进气系统的改进。柴油机电喷、催化转化器、捕捉器等较为先进的控制排放技术还处于引进吸收和试使用阶段。 <　噪声控制：据国外统计，城市噪声中，交通运输噪声约占75%，其中机动车影响面广，而汽车则是主要的因素，因此一些工业发达的国家早在20世纪 60年代就对机动车噪声给予了足够的重视，制订出有关法规和标准进行控制。随着汽车保有量的增长，人们对生态环境保护意识的增强，国外对降低发动机噪声的研究更加重视，特别是轿车柴油机的降噪减震研究十分活跃。我国内燃机的噪声水平与发达国家相比有较大的差距，一般要高出 a声级3～9db，目前我国噪声法规还仅相当国外 20 世纪80年代限值，国家已颁布了《环境噪声污染防治法》，汽车噪声法规正在不断修订完善，因此，降低国产发动机的噪声以及轮胎与路面接触噪声已是一个紧迫的课题。 　　报废车的回收和再利用：在我国今年8月份出台的《汽车贸易政策》第六章中，专门讲了“汽车报废与回收”问题，并作出若干重要规定，这说明国家对汽车报废与回收工作提到了重要议程。早在上世纪80年代,汽车工业发达国家已着手推行汽车再利用工程，汽车报废与回收产业运行组织和技术已经达到相当先进水平，在这方面，我国在思想认识上和实际行动上都有相当大的差距。尤其在再利用的技术研发上，我国还刚刚处于起步阶段。 　汽车报废、回收与再利用是实现汽车产业循环经济的一个重要环节，这是中国汽车产业面临的一个重大的新课题。据专家预计，近年来，全球每年要报废约5000万辆汽车，其中：美国1500万辆，日本600万辆，德国450万辆，法国350万辆，英国300万辆，意大利320万辆……，在我国，2005年报废汽车约250万辆，到2010年每年约450万辆，2020年约1000万辆，这是一个多么惊人的数字。汽车报废的处理难度，与处理生活垃圾要难上10倍、100倍，如果没有一个高度的社会组织运行模式和高技术的处置方法的支持，是难以实观的。 　2.3　清洁能源车推进速度慢，电动汽车与国外的差距在拉大 <br>　　通常我们把以天然气、液化石油气等气体燃料和以甲醇、乙醇等液体燃料替代汽油、柴油为能源的汽车称作清洁能源车。多年的试验研究表明，综合环保、价格和储量等方面的因素，在这些清洁能源中，天然气是公认的首选代用燃料。 　根据天然气的保存方法，天然气汽车大体可分为三种类型：液化天然气(lng)汽车、压缩天然气(cng)汽车、吸附天然气(ang)汽车。其中压缩天然气(cng)汽车是目前普及应用较广的一种类型。 　　cng燃料本身具有固有的低排放特性，然而检测的结果表明，只有合理的匹配才能获得较好的排放特性，否则有可能适得其反。要想充分发挥出cng的低排放、低噪声的优点，尤其是要达到欧ⅲ、欧ⅳ等更严格的排放标准，还必须使用电子控制、三元催化转化器等技术。 　近年来，我国积极研制开发符合清洁汽车发展方向的cng汽车。目前，国内骨干汽车企业已陆续开发出单一燃料或双燃料cng汽车和大型公交车用发动机，并均已具备批量生产能力。国产高性能天然气加气站成套设备不仅部分替代进口，且有批量出口；清洁汽车关键零部件的技术水平和产业化能力明显提高。 　然而，目前国产cng汽车还面临标准规范欠缺、关键零部件的技术水平低、整车环保效果不够显著及cng汽车加气站等基础设施建设滞后、关键设备与产业化有待突破等问题。特别是cng汽车城市试点示范区较少、市场推进速度较慢，应引起管理层的足够重视。 　　纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车被人们统称为电动汽车，也常被称作低排放汽车或零污染汽车。由于这类车辆发展时间相对较短，且我国与国外的研究起点时间非常接近，故前些年曾有业内人士称，电动汽车产业是我国有希望追赶国际一流水平的产业。然而，由于近六、七年我国汽车市场需求迅猛增长，汽车及相关工业又把关注的焦点折回到传统燃油汽车的研发与生产上，从而造成电动汽车尤其是燃料电池汽车的技术研发与国外的差距在迅速拉大。 　　近10年来，美国、欧洲、日本等国的政府和跨国公司已投入超过100亿美元开发研究包括燃料电池车在内的电动车。在电动汽车这一新的领域，中国曾经与国外处于相近的起跑线，技术水平与产业化的差距也比较小，如果说在传统内燃机汽车方面中国落后于国外先进水平20年左右的话，那么在电动汽车领域，国内外的差距也由六、七年前的5年左右扩大到今天的10年左右。 　　电动汽车终成为产品，实现产业化的进度是关键。国外内燃机发展到今天已经拥有一套成熟的系统、标准和工艺，这些对我国的汽车工业而言都是非常高的门槛。为了节省巨额的研发资金，国内汽车企业大都直接购买外国的中、高端传统技术，难以摆脱“永远跟在人家后面跑”的尴尬局面。　　要想将电动汽车变成我国汽车工业赶超世界先进水平的大好机会，只有走一条“自主开发、拥有知识产权”的产业化路子，否则必将重蹈内燃机时代的覆辙。 　目前，在国内电动汽车领域，东风汽车公司走在了前面。在刚过去的9月初，东风电动车辆股份公司宣称，年内将实现东风混合动力城市公交车小批量投产，并真正实现电动汽车的商品化销售。 　　早在2003年，东风纯电动车就已实现了商业化销售，形成了４大系列近２０个品种，畅销３０多个省市，累计销售1０００余台；燃料电池汽车研究也取得了阶段性成果。历经多年的发展，东风电动车事业已从研发为主，步入了以研发和产业化并举的快速发展阶段。