從上世紀末開始，世界各國和各大汽車公司，以及國內各大科研機構和高校都致力於發展清潔節能汽車，新能源汽車取得了長足的進步。汽油和柴油是傳統內燃機汽車的能源，使用其他能源提供蒸汽動力的汽車都可以稱為新能源汽車。目前正在開發的新能源包括天然氣、液化石油氣、醇類、二甲醚、氫氣、合成燃料、沼氣、空氣和充電燃料電池。
介紹了新能源汽車技術的發展概況，並對其發展前景提出了壹些看法。
1新能源汽車的類型和特點
1.1天然氣汽車和液化石油氣汽車
天然氣汽車又稱“藍色動力”汽車，主要以壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)和吸附天然氣(ANG)為燃料，常見的有壓縮天然氣汽車(CNGV)。液化石油氣汽車使用液化石油氣作為燃料。CNG和LPG是理想的點火發動機燃料，具有成分單壹、純度高、與空氣混合均勻、燃燒完全、CO和顆粒物排放低、燃燒溫度低因而氮氧化合物排放少、稀薄燃燒特性好、低溫起動和低溫運行性能好等優點。其缺點是儲運性能比液體燃料差，發動機容積效率低，點火延遲期長。這兩種類型的車輛大多使用雙燃料系統，即汽油或柴油燃料系統和壓縮天然氣或液化石油氣系統。車輛可以由任何壹個系統驅動，並且可以很容易地從壹個系統轉換到另壹個系統。康明斯和美國能源部正在合作開發名為“先進往復式發動機系統(ARES)”的新壹代天然氣發動機。根據開發目標，發動機熱效率50%(熱電聯產80%以上)，氮氧化合物排放小於0.1g/km，制造成本400450美元/kW，維護成本小於0.065438美元+0//kwh。
1.2酒精汽車
酒精汽車是以甲醇、乙醇等醇類物質為燃料的汽車。乙醇用途廣泛，來源廣泛，制備技術成熟。利用纖維素原料生產乙醇的最新技術包括幾乎所有的農林廢棄物、城市生活有機廢棄物和工業有機廢棄物。目前酒精汽車多采用乙醇、汽油或柴油任意比例混合的靈活燃料驅動，不需要改造發動機，也有很好的節能減排效果。然而，為了獲得相當於汽油或柴油的功率，必須增加燃料噴射量。當酒精摻混比大於15%-20%時，應改變發動機的壓縮比和點火提前角。乙醇燃料理論空燃比低，對發動機進氣系統要求低，自燃性能差，辛烷值高，抗爆性能高，揮發性好，混合氣分布均勻，熱效率高，汽車尾氣汙染可降低30%以上。這種汽車最初是由福特公司在20世紀80年代中期開發的。截至2003年底，美國有超過230萬輛乙醇汽車，其中大部分是道奇和克萊斯勒面包車-2003年售出233，466輛。
1.3氫燃料汽車
氫氣是壹種清潔燃料。使用氫氣作為燃料，傳統的火花塞點火發動機只需要稍加修改。它的燃燒效率比汽油高，混合氣可以稀釋到很大程度，有利於節省燃油。氫氣也可以添加到其他燃料(如CNG)中，以提高效率並減少NO2排放。氫氣的質量能量密度是所有燃料中最高的，但體積能量密度最低，其使用的最大障礙是儲存和安全。寶馬壹直致力於氫發動機的研發，開發了多款氫發動機汽車。其搭載V12氫發動機的7系汽車是世界上第壹批氫發動機，可以同時使用氫和汽油。
1.4 DME汽車
二甲醚(DME)是壹種無色無味的氣體，具有優良的燃燒性能、清潔性、十六烷值高、動力性能好、汙染小。當稍微加壓時，它是液體，非常適合作為壓燃式發動機的替代能源。使用這種燃料的車輛可以達到加州的超低排放標準。日本NKK公司成功開發了劣質煤生產二甲醚的設備，並與住友金屬工業公司在1998完成了二甲醚作為汽車燃料的實驗。二甲醚汽車(DMEV)不會排放黑色氣體汙染環境，產生的NOX比柴油少20%。
1.5氣動汽車
使用壓縮空氣、液態空氣、液態氮等的汽車。作為介質並通過吸熱和膨脹提供驅動能量的稱為氣動汽車。氣動發動機沒有燃燒或其他化學反應，排放的是空氣或氮氣，沒有汙染物輻射，真正實現了零汙染。目前，壓縮空氣動力汽車(APV)研制成功，其工作原理與傳統內燃機汽車相似，只是驅動活塞連桿機構的能量來自高壓空氣。APV媒體來源方便幹凈，社會基礎設施建設成本不高，容易建設。無燃料燃燒過程，對發動機材料要求低，結構簡單，可借鑒現有內燃機技術，因此研發周期短，設計制造容易。但是目前APV的能量密度和能量轉換率還不夠高，續駛裏程短。1991年，法國工程師蓋伊·內格雷獲得壓縮空氣動力發動機專利，並加入MDI公司。2000年，MDI公司推出名為“evolution”的APV，質量僅700kg，發動機質量僅35kg，時速120km/h/h，壹次加滿壓縮空氣行駛速度2000km/h。充氣成本僅為0.30美元，可在市內行駛約10h，在壓縮空氣站2分鐘，用氣泵3小時即可完成。
1.6電動車
世界上第壹輛電動汽車是美國人在20世紀90年代制造的。電動汽車大致可分為電池電動汽車(BEV)、燃料電池電動汽車(FCEV)和混合動力電動汽車(HEV)。電動汽車的壹個共同特點是通過電機完全或部分依靠電力驅動，可以實現低排放和零排放。
電池電動車是最早的電動車。使用鉛酸電池的車輛動力和續駛裏程與傳統內燃機車差距較大，使用高性能鎳氫電池或鋰電池會大大增加成本。但是JtBEV需要壹定的充電時間和相應的充電設備，所以使用場合受到限制。燃料電池具有近65%的能量利用率，並能實現零排放和低噪音。國外新開發的高性能燃料電池已經能夠實現與傳統內燃機汽車幾乎相同的動力性能，具有良好的發展前景，但成本是制約其產業化的瓶頸。在加拿大進行的演示試驗表明，以燃料為動力的汽車制造成本為654.38+20萬加元，而以柴油發動機為動力的汽車制造成本僅為27.5萬加元。
混合動力汽車結合了傳統內燃機汽車和電動汽車的優點，克服了它們的缺點。近年來，它們獲得了快速發展，並已實現產業化和商業化。普銳斯和INSIGHT混合動力汽車的成功向人們展示了混合動力技術的魅力和巨大的市場潛力。
1.7使用植物油的汽車
為了找到可以替代石油的新能源，科學家們也將目光投向了植物油，正在以大豆油、玉米油、葵花油等植物油為原料開發內燃機油。科學家們仍在研究生物柴油，這是壹種基於植物油的燃料，未來可作為卡車和船只柴油的替代品。生物柴油不含硫，所以不會對環境造成酸雨的威脅。為了生產生物柴油，化學家正在酯化植物油，將其轉化為甲酯化合物，這種化合物燃燒更清潔，在發動機中的殘留更少。
2中國新能源汽車的發展
中國天然氣資源豐富，分布廣泛。海南、北京、上海、重慶等省市被列為燃氣汽車國家重點示範城市。壓縮天然氣汽車和液化石油氣汽車是各地在燃油汽車的基礎上發展和改裝的，主要用於出租車、公交車、大型車輛和工程設施。壹汽大眾研發捷達LPG，上海交大研發LPG轎車並與申沃客車聯合研發改裝LPG城市客車，北京研發CNG城市客車。
山西是產煤大省。甲醇汽車項目已經進行了很多年，現在已經到了商業化運營的階段。使用的甲醇汽車采用靈活的燃料系統，既可以使用甲醇也可以使用汽油，使用乙醇作為有氧燃料。現在在河北、黑龍江推廣。同時，國家制定了乙醇汽油燃料的相關標準。中國雲岡汽車公司大同汽車廠開發了甲醇微型客車。
中國煤炭資源豐富，政府支持以煤炭為原料制造車用燃料的項目。煤直接液化和間接液化生產車用燃料項目正在積極開展。“十五”期間，在雲南和陜西建立了煤直接液化示範廠，以煤為原料合成石油或二甲醚等汽車燃料。經過五年的合作研究，Xi交通大學和中國科學院煤化工研究所於2000年開發出了“超低排放二甲醚汽車”。通過在大連柴油機廠生產的TYll00單缸柴油機和裝有CA498柴油機的廂式貨車上燃用二甲醚的試驗，發現發動機功率可提高10%-15%，熱效率可提高2-3個百分點，噪聲可降低65438。
國內從事燃料電池研究的公司有20多家，質子交換膜(PEM)燃料電池技術取得了很大進步，但與國外仍有較大差距。比如國外汽車上用的是50-80 kW功率的PEM燃料電池，而國內最大的PEM燃料電池功率是5kW，和汽車使用相差甚遠。中國的金屬燃料電池技術已達到世界先進水平。
我國鎳氫電池和鋰電池的技術水平也達到了國際先進水平，比亞迪在2005年上海車展上展出的E1電動車已經具備了良好的整車動力性能。
目前國內關於壓縮空氣動力汽車報道最多的是浙大。他們為壓縮空氣動力摩托車開發了壹個研究平臺，並探索了許多有用的結論，這些結論正在進壹步研究中。此外，重慶大學和同濟大學也做了壹些探索性的研究。應該說，APV在中國的發展才剛剛起步。
3替代燃料汽車的發展前景
在汽車的各種替代燃料中，LPG和CNG是最方便投入使用的，並且已經具備良好的配套基礎設施。在排放和經濟性能要求高但動力性能壹般的公共交通領域有很好的應用前景。近年來，天然氣汽車在美國的新型公交車中占據了很大的比重。在中國這樣的農業大國，尤其是壹些農業大省，乙醇資源豐富，乙醇汽車有很好的應用前景。二甲醚等合成燃料具有良好的排放特性，將有很好的應用前景，特別是作為替代柴油用於混合動力汽車。混合動力汽車無疑是下壹代汽車動力系統的主要形式。
電池電動汽車性能不如混合動力汽車和燃料電池汽車，成本高。氫燃料發動機的能量利用率不如氫氧燃料電池。所以電池電動車和氫發動機車的發展前景都不是很樂觀。當然，隨著太陽能電池技術的發展和突破，或許純電動汽車可以迎來壹個不錯的發展局面。壓縮空氣動力汽車雖然實現了零汙染，但整體性能與傳統汽車相差甚遠，只能在小範圍內的特定場合使用。
燃料電池是目前技術條件下能源利用率最高的汽車能源。燃料電池的比能量可以達到200-350 Wh/kg，是鋰離子電池的2-3倍。能量轉換效率高達60% ~ 80%，是汽油機或柴油機的1.5 ~ 2倍。可以做到超低汙染甚至零汙染，燃料電池使用的氫能是可再生的。目前，甲醇燃料電池技術最為成熟。國外各大石油公司和汽車公司都致力於燃料電池汽車的研發，以期在未來汽車發展中搶占灘頭陣地。1993-2000年，戴姆勒-奔馳汽車公司先後推出了Necari-Necarⅳ和Nebas系列FCEVs。2001年5月，Necar4在美國測試，功率55kW，最大速度145km/h，滿載行程450km。最新的Necar V-FCEV采用了甲醇燃料電池。1997 Ballard Power公司和福特汽車公司成立Xcellsis公司開發燃料電池汽車，AR-CO、殼牌、德士古等美國石油公司和California CARB相繼加入，組成了世界上最強大的燃料電池汽車開發聯盟。日本電力中央研究所正在全面開發使用耐熱陶瓷的燃料電池。電池工作在1000℃的高溫下，發電效率非常高，電解液輸出功率達到1w/cm2，是傳統燃料電池的5倍。EvomR公司致力於鋁鋅燃料電池的開發，已經達到相當的水平。
總之，替代燃料的綜合評價要考慮以下因素:燃料成本；車輛成本；對進口石油的依賴；有效能源利用率；溫室效應；排放汙染；生產、儲運、配送和灌裝設施；裝載裏程和加註時間；安全。基於這些因素，CNG和LPG是目前最容易使用的替代燃料。電、甲醇、乙醇的綜合評價指標都低於汽油。可以預計，液化石油氣、壓縮天然氣和乙醇的市場份額將繼續增加。二甲醚和合成柴油的市場份額將在十年後快速穩定增長。混合動力電動汽車將進壹步發展，並迅速增加其市場份額。燃料電池汽車將在20年內實現產業化，並逐步提高市場份額。傳統汽油發動機汽車的市場份額在20年後將開始明顯下降，但柴油車將繼續在重型汽車領域保持較高的市場份額。
4結論
未來20年，汽油和柴油仍是汽車的主要能源，但對汽油和柴油的質量要求越來越高，發動機技術將快速發展，提高能源利用率。替代燃料將快速使用，天然氣汽車和乙醇汽車將率先大規模使用，二甲醚和合成燃料將逐步擴大應用範圍。
混合動力系統將得到迅速發展和應用，混合動力汽車將是至少30年內解決汽車工業能源和汙染問題最可行的途徑。因此，我們應該整合資源，加快混合動力汽車的發展，搶占汽車技術發展的新高地。
燃料電池是最有前途的汽車能源，也是未來汽車的主要能源。國內石油行業應該和汽車行業聯合開發先進的燃料電池技術，搶占未來先進汽車技術的前沿！