低碳環(huán)保是當(dāng)前全球的主題。交通排放占據(jù)了全球二氧化氮排放的25%，公路交通所使用的能源占交通總能源使用量的73%，而其中輕型汽車（主要是乘用車）占了能源使用量的52%，因此，汽車業(yè)的節(jié)能減排意義重大。

目前，大多數(shù)大汽車市場(chǎng)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)都要求大幅度減少汽車尾氣的二氧化碳排放，而蓄勢(shì)待發(fā)的新一輪的汽車進(jìn)化正是與汽車的排放量密切相關(guān)。

管窺節(jié)能環(huán)保汽車

發(fā)展低碳汽車，意味著要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，這需要經(jīng)歷幾個(gè)階段：微混合動(dòng)力/起停汽車、輕度混合動(dòng)力汽車、完全混合動(dòng)力電動(dòng)車、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車、里程擴(kuò)展型混合動(dòng)力電動(dòng)車、電池電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。本文介紹“液壓混合動(dòng)力”之外的一些技術(shù)發(fā)展及相關(guān)應(yīng)用，以窺探全球節(jié)能環(huán)保汽車的發(fā)展現(xiàn)狀。

【混合動(dòng)力電動(dòng)車】 混合動(dòng)力電動(dòng)車可以顯著提高燃油效率并減少溫室氣體的排放量，特別是在城市中使用時(shí)，它們還可以減少其他空氣污染物的排放量，并降低城市中的噪音水平。目前已經(jīng)有多種車型，比如豐田Prius、本田Insight、本田Jazz混合動(dòng)力、雷克薩斯CT200H、保時(shí)捷卡宴S混合動(dòng)力車、標(biāo)致508HYbrid4和奔馳E300B luetecHybrid等?？梢哉f(shuō)，從豐田1997年首次大規(guī)模生產(chǎn)第一代Prius至今，混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)確立了堅(jiān)固的市場(chǎng)地位。2009年，Prius是日本最暢銷的汽車，而混合動(dòng)力汽車也占據(jù)了當(dāng)年11%的市場(chǎng)份額。據(jù)報(bào)道，Prius是2012年第一季度全球銷量第三的汽車。隨著更多的車型的出現(xiàn)，混合動(dòng)力技術(shù)將在全球范圍內(nèi)獲得更大的市場(chǎng)份額。在推出高檔的Lexux混合動(dòng)力車并把Prius的范圍擴(kuò)大到包括七座的同時(shí)，豐田現(xiàn)在已經(jīng)推出了混合動(dòng)力版本的Auris和Yaris。2012年9月，豐田宣布它計(jì)劃到2015年底前推出21款新的混合動(dòng)力車型，并預(yù)計(jì)在2013～2015年間，其混合動(dòng)力汽車的年銷售量至少為一百萬(wàn)臺(tái)，這大約相當(dāng)于豐田15%的汽車生產(chǎn)。

【插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車】 插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)合了短距離時(shí)（如每天上下班）電動(dòng)模式的優(yōu)勢(shì)與長(zhǎng)距離時(shí)汽油/柴油動(dòng)力汽車的優(yōu)勢(shì)（運(yùn)行距離遠(yuǎn)，加油時(shí)間短）。該車在純電動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生任何直接影響空氣質(zhì)量的污染物，同時(shí)降低噪音污染；與低碳電力結(jié)合使用時(shí)，可大大減少溫室氣體排放。但插電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車購(gòu)買價(jià)格明顯高于同類的內(nèi)燃機(jī)汽車。因?yàn)樾枰菁{內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)和一個(gè)大電池，所以它比傳統(tǒng)汽車重；而且，這可能會(huì)導(dǎo)致降低車輛內(nèi)部空間和負(fù)載能力，并增加車輛的能源消耗。雖然更大的電池的生產(chǎn)增加了插電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的碳排放，但車輛整個(gè)生命周期的整體凈排放量仍是比傳統(tǒng)的汽油/柴油動(dòng)力車顯著降低。由于是混合動(dòng)力，因此它非常適合那些需要很多較短距離（如每天上下班）車程，但同時(shí)還需要傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的行駛距離和公用設(shè)施的車主。目前市場(chǎng)上有少量的車型可購(gòu)買，比如沃爾沃V60、豐田Prius插電式混合等。

【里程擴(kuò)展型混合動(dòng)力電動(dòng)車】 與插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車類似，該車在純電動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生任何直接的影響空氣質(zhì)量的污染物，而且在低速行駛時(shí)能減少噪音污染；當(dāng)與低碳電力和生物燃料一起使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)顯著的溫室氣體減排。同樣，與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車相比，前期的購(gòu)買價(jià)格比較高。里程擴(kuò)展型混合動(dòng)力電動(dòng)車在制造中可能會(huì)產(chǎn)生比同級(jí)別的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車多達(dá)34%的溫室氣體排放量，這主要是由于電池生產(chǎn)造成的，但車輛生命周期的整體凈排放量仍然顯著降低。全電動(dòng)情況下更長(zhǎng)的行駛距離，結(jié)合汽油/柴油擴(kuò)展，使得該類車輛非常適合每天有定期的較短行程的駕駛者。當(dāng)需要長(zhǎng)途旅行時(shí)，該類車輛有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的行駛里程和公用設(shè)施可用。但如果推廣，則需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低電池成本和重量，從而讓車輛價(jià)格與替代車型接近，并且提高性能。目前有一些可選車型，如沃克斯豪爾的Ampera、雪佛蘭的Volt、菲斯克的Kama。

【純電池電動(dòng)汽車】 2013年4月，Detroit Electric在上海汽車展上向公眾推出了新的高性能電動(dòng)跑車SP：01。該限量版的兩座純電動(dòng)跑車為電動(dòng)汽車的性能和操控性樹(shù)立了新的標(biāo)桿。它的最高時(shí)速可達(dá)250公里，加速到100公里每小時(shí)只需要3.7秒，據(jù)稱是當(dāng)今世界速度最快的純電動(dòng)汽車，但高昂的價(jià)格（起價(jià)13.5萬(wàn)美元）使得在車展或電視節(jié)目以外的地方看到SP：01電動(dòng)跑車的機(jī)會(huì)相當(dāng)渺茫。純電池電動(dòng)汽車幾乎無(wú)污染，且每公里行駛成本較低。由于運(yùn)動(dòng)部件的減少、液體變化的需求減少和剎車片磨損的降低，需要的維修成本也比內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力車低。與汽油/柴油或混合動(dòng)力汽車相比，它最大的劣勢(shì)是價(jià)格過(guò)高。中型純電池電動(dòng)汽車（如日產(chǎn)LEAF）比同級(jí)別的汽油或柴油動(dòng)力車要貴大約2萬(wàn)美元，這主要是由于電池成本高。隨著技術(shù)創(chuàng)新和電池產(chǎn)量增加，純電池電動(dòng)汽車的成本溢價(jià)可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而減少，到2020年降至約8000美元，到2030年降至約4000美元。與汽油/柴油動(dòng)力車相比，目前純電池電動(dòng)車行駛里程有限（通常160公里左右就需要充電，但范圍從80～400公里不等）；在極冷或極熱條件下，行駛里程可能更有限。另外，汽車生命周期內(nèi)電池的耐用性還是個(gè)未知數(shù)。

【燃料電池電動(dòng)汽車】 汽車制造商越來(lái)越擔(dān)心制造電池為動(dòng)力的汽車將無(wú)法滿足苛刻的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，因此或許我們需要燃料電池電動(dòng)汽車。使用氫氣作為燃料——實(shí)際上更準(zhǔn)確地說(shuō)是用它作為能量載體，因?yàn)樯a(chǎn)氫氣要消耗其他能源——有潛力減少溫室氣體和其他污染物的排放量，因?yàn)槿剂想姵仉妱?dòng)汽車在使用階段沒(méi)有空氣污染物排放，水蒸汽是惟一的反應(yīng)產(chǎn)物。正如戴姆勒公司首席技術(shù)官Thomas Weber所言，燃料電池技術(shù)具有無(wú)排放行駛的最大潛力。美國(guó)能源部長(zhǎng)最近對(duì)氫氣技術(shù)表示出越來(lái)越濃厚的興趣。與此同時(shí)，德國(guó)政府已經(jīng)撥款給全國(guó)可替代能源的服務(wù)站，用其提供電池充電器和氫泵服務(wù)。由于較短的加油時(shí)間和較長(zhǎng)的行駛里程，燃料電池汽車適合于需要定期長(zhǎng)途運(yùn)行的車主。預(yù)期到2050年燃料電池電動(dòng)電動(dòng)車可能會(huì)占據(jù)超過(guò)30%的中型汽車市場(chǎng)。

2013年1月下旬，豐田和寶馬透露說(shuō)計(jì)劃在氫燃料電池研究方面進(jìn)行合作。早些時(shí)候，福特、戴姆勒和日產(chǎn)宣布它們共同努力，并最早于2017年將它們自己的燃料電池技術(shù)推向市場(chǎng)。它們希望通過(guò)協(xié)作發(fā)出明確的信號(hào)，讓供應(yīng)商、政策制定者和行業(yè)鼓勵(lì)進(jìn)一步發(fā)展氫氣補(bǔ)給站和其他必要的基礎(chǔ)設(shè)施，從而使氫氣動(dòng)力車大眾化成為可能。

估計(jì)目前燃料電池汽車的成本溢價(jià)約為10萬(wàn)美元。隨著時(shí)間的推移，溢價(jià)會(huì)減少，預(yù)計(jì)到2030年降至4500美元左右。2012年，英國(guó)研制成功聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFC），它能在較低的溫度下操作，比其它燃料電池更小、更輕，使得它們更適合用于小汽車和貨車。英國(guó)的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)可將汽車總擁有成本降到低于36美元/kW，從而讓燃料電池電動(dòng)汽車足以在成本上與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車競(jìng)爭(zhēng)。如果使用該技術(shù)，到2050年可以將燃料電池電動(dòng)汽車的市場(chǎng)總份額從原有預(yù)期的25%提高到34%，相當(dāng)于在全球增加了200萬(wàn)輛燃料電池電動(dòng)汽車，這等同于300億美元的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池市場(chǎng)價(jià)值，以及全球2.6億噸的二氧化碳節(jié)余。

目前還沒(méi)有可供購(gòu)買的氫燃料電池汽車，但氫燃料電池汽車已經(jīng)開(kāi)始試運(yùn)行。例如在南加州，本田已經(jīng)向一組選定的消費(fèi)者出租其FCX氫燃料電池汽車。在夏威夷，通用汽車測(cè)試了氫動(dòng)力雪佛蘭汽車Equinox，該車在2010年溫哥華冬季奧運(yùn)會(huì)中試用。2013年2月現(xiàn)代開(kāi)始有限生產(chǎn)供公共和私人車隊(duì)租賃的車輛。豐田表示會(huì)在2015年發(fā)布燃料電池轎車，其他廠商也有類似期望。它們的目標(biāo)市場(chǎng)定在英國(guó)、日本、德國(guó)和美國(guó)等國(guó)家，因?yàn)檫@些國(guó)家已經(jīng)有了這類汽車加燃料所需的氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)計(jì)劃。

氫氣動(dòng)力的待解難題

雖然有足夠的吸引力，但是氫能源自身也存在問(wèn)題。

首先，氫氣不是燃料，它只是燃料傳輸?shù)囊环N方法。作為宇宙中最豐富的元素，氫氣并不是單獨(dú)存在的，它必須從其他化合物—如水或烴分子—中提取，需要其他能源。最清潔徹底的方法當(dāng)然是利用太陽(yáng)光將水分解為氫和氧，或者使用太陽(yáng)能電解水。這意味著要有一個(gè)可行的“氫經(jīng)濟(jì)”，太陽(yáng)能的使用一定要便宜。當(dāng)然制造氫氣的能量也可以來(lái)自煤炭或核能，但其后的副產(chǎn)品必須加以處理。

新的提取氫氣的技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。例如2013年3月，瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種方法，可以將發(fā)電站運(yùn)行中產(chǎn)生的燃燒垃圾底灰分解成氫氣。由燃燒垃圾形成的重的砂粒狀底灰經(jīng)常被用來(lái)覆蓋垃圾填埋場(chǎng)或作為建筑材料，由于存儲(chǔ)時(shí)會(huì)逐漸釋放氫氣，因此為了避免爆炸危險(xiǎn)，這些垃圾底灰通常被放置在開(kāi)放空間以確保氫氣可以逸出。這項(xiàng)新技術(shù)不是讓氫氣緩慢釋放到空氣中，而是在無(wú)氧環(huán)境中用水浸濕底灰使其迅速釋放氫氣，然后收集并存儲(chǔ)，從而將垃圾底灰變?yōu)橐环N資源。該技術(shù)不僅消除了氫氣爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，還降低了垃圾填埋場(chǎng)的壓力。研究人員估計(jì)，使用這種技術(shù)每年可產(chǎn)生200億升的氫氣，相當(dāng)于56千兆瓦時(shí)（GWh）的能量，有助于更環(huán)保的氫生成。

其次，氫的存儲(chǔ)運(yùn)輸有問(wèn)題。氫氣需要壓縮存貯，攜帶氫加壓罐相當(dāng)于攜帶炸彈，非常危險(xiǎn)，因此必須為氫氣運(yùn)輸制造一個(gè)安全的氫存儲(chǔ)介質(zhì)。

第三，使用氫須使用燃料電池，因此燃料電池一定要便宜，但目前用鉑作催化劑的成本相當(dāng)高。同時(shí)，為了鼓勵(lì)消費(fèi)者對(duì)燃料電池汽車的大規(guī)模接受，必須有大型加氫基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，以確保車主可以方便地為車輛加氫。

核心在于電池技術(shù)

動(dòng)力系統(tǒng)電氣化的進(jìn)展速度主要取決于電池技術(shù)，或者說(shuō)儲(chǔ)能技術(shù)。如何讓電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率迅速增長(zhǎng)，改進(jìn)電池技術(shù)和降低成本被廣泛認(rèn)為是最重要的因素之一。這需要四個(gè)方面的突破：降低成本、提高能量比（從而提高既定電池重量下車輛的行駛和性能）、提高可用的運(yùn)行壽命和減少充電時(shí)間。同時(shí)，制造商必須確保最高的安全水平。由于許多鋰離子化學(xué)物質(zhì)的不穩(wěn)定性，這一挑戰(zhàn)相當(dāng)大，這也正是當(dāng)前插電式汽車的主要關(guān)注點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)電氣化的進(jìn)展速度因素很多，有政府因素，比如樹(shù)立運(yùn)輸業(yè)碳減排的長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光和戰(zhàn)略，確保提供必要的加油/電/氫等的基礎(chǔ)設(shè)施；有技術(shù)因素，比如降低成本并提高能源存儲(chǔ)（和燃料電池）技術(shù)的性能，減少車輛的能源消耗，開(kāi)發(fā)加油/充電的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)等。

消費(fèi)者考慮購(gòu)買電動(dòng)汽車時(shí)考慮的主要因素包括：所使用“燃料”（即電池等）的價(jià)格（90%）、方便充電（86%）、行駛里程（82%）、汽車使用壽命（即電池生命周期，78%）和汽車控制單元（即電池管理，73%）等。尤其電池，因?yàn)樗茧妱?dòng)汽車總成本的比重很大，而電動(dòng)汽車車主或潛在車主都還無(wú)法確定電池使用壽命有多久，折舊率如何。

雖然以電池為動(dòng)力的汽車的發(fā)展讓人失望：它們依然價(jià)格昂貴、行駛里程有限、充電時(shí)間長(zhǎng)、電池壽命不確定以及車型少等，但是，隨著電池技術(shù)的改進(jìn)，全電動(dòng)汽車足以滿足那些短途的、日常行駛需求可預(yù)測(cè)的駕駛者的需求，而且更經(jīng)濟(jì)。而對(duì)于其他駕駛者，也會(huì)有一系列的選擇來(lái)滿足他們的需求，包括改進(jìn)的汽油或柴油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)車、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車、燃料電池車及其他。根據(jù)KPMG的預(yù)測(cè)，到2018年，插電式混合動(dòng)力車被認(rèn)為具有最大的銷售潛力，而純電動(dòng)汽車的吸引力最?。↘PMG，2013）。比如日本，已經(jīng)大力采用混合動(dòng)力，2012年5月，所有新登記的汽車中有五分之一是混合動(dòng)力車（此數(shù)字不包括微型車）。尤其是在福島核災(zāi)難之后，純電動(dòng)車更加不被日本汽車業(yè)的高管看好。隨著消費(fèi)者越來(lái)越適應(yīng)電子技術(shù)，他們的購(gòu)買習(xí)慣很可能會(huì)改變。當(dāng)前電動(dòng)車的成本高的一個(gè)解決方案是買車，但可租賃電池，目前雷諾Twizy已經(jīng)提供了這種模式。

從短期來(lái)看，預(yù)計(jì)傳統(tǒng)的汽油/柴油車仍將繼續(xù)主導(dǎo)個(gè)人交通工具。發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新結(jié)合車輛效率的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)高水平的燃料經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，全混合動(dòng)力技術(shù)的市場(chǎng)份額會(huì)繼續(xù)增加。

從中期來(lái)看，如果電池技術(shù)的突破能夠達(dá)到必要的性能改進(jìn)和成本降低，那么動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化水平將會(huì)大幅提高，越來(lái)越多的車輛會(huì)提供純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，插電式混合動(dòng)力的車型也將增加。隨著消費(fèi)者對(duì)電子動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的信心的增加，純電動(dòng)汽車也將開(kāi)始搶占市場(chǎng)份額。

技術(shù)的混合使得長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)相當(dāng)困難。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車和電池電動(dòng)車（包括燃料電池汽車）取得顯著市場(chǎng)份額的速度高度依賴于它們相對(duì)于傳統(tǒng)汽車相比的總擁有成本。而這，將依賴于諸如油價(jià)、電池和燃料電池成本的進(jìn)一步降低，以及政府的政策。比如英國(guó)公共政策研究協(xié)會(huì)（IPPR）2013年4月發(fā)布的一份報(bào)告就呼吁政府為電動(dòng)汽車建立全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的充電網(wǎng)絡(luò)；對(duì)電動(dòng)汽車用戶設(shè)立全國(guó)性獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃，例如讓他們免費(fèi)使用收費(fèi)公路；它還呼吁政府本身作為汽車產(chǎn)業(yè)的主要客戶之一大力推動(dòng)采購(gòu)綠色汽車。