爱华网低碳环保是当前全球的主题。交通排放占据了全球二氧化氮排放的25%，公路交通所使用的能源占交通总能源使用量的73%，而其中轻型汽车（主要是乘用车）占了能源使用量的52%，因此，汽车业的节能减排意义重大。 目前，大多数大汽车市场的监管机构都要求大幅度减少汽车尾气的二氧化碳排放，而蓄势待发的新一轮的汽车进化正是与汽车的排放量密切相关。 管窥节能环保汽车 发展低碳汽车，意味着要实现动力系统的电气化，这需要经历几个阶段：微混合动力/起停汽车、轻度混合动力汽车、完全混合动力电动车、插电式混合动力电动车、里程扩展型混合动力电动车、电池电动汽车和燃料电池电动汽车。本文介绍“液压混合动力”之外的一些技术发展及相关应用，以窥探全球节能环保汽车的发展现状。 【混合动力电动车】 混合动力电动车可以显著提高燃油效率并减少温室气体的排放量，特别是在城市中使用时，它们还可以减少其他空气污染物的排放量，并降低城市中的噪音水平。目前已经有多种车型，比如丰田Prius、本田Insight、本田Jazz混合动力、雷克萨斯CT200H、保时捷卡宴S混合动力车、标致508HYbrid4和奔驰E300B luetecHybrid等。可以说，从丰田1997年首次大规模生产第一代Prius至今，混合动力技术已经确立了坚固的市场地位。2009年，Prius是日本最畅销的汽车，而混合动力汽车也占据了当年11％的市场份额。据报道，Prius是2012年第一季度全球销量第三的汽车。随着更多的车型的出现，混合动力技术将在全球范围内获得更大的市场份额。在推出高档的Lexux混合动力车并把Prius的范围扩大到包括七座的同时，丰田现在已经推出了混合动力版本的Auris和Yaris。2012年9月，丰田宣布它计划到2015年底前推出21款新的混合动力车型，并预计在2013~2015年间，其混合动力汽车的年销售量至少为一百万台，这大约相当于丰田15％的汽车生产。 【插电式混合动力电动车】 插电式混合动力电动汽车结合了短距离时（如每天上下班）电动模式的优势与长距离时汽油/柴油动力汽车的优势（运行距离远，加油时间短）。该车在纯电动模式下运行时不产生任何直接影响空气质量的污染物，同时降低噪音污染；与低碳电力结合使用时，可大大减少温室气体排放。但插电混合动力电动汽车购买价格明显高于同类的内燃机汽车。因为需要容纳内燃式发动机，一个电动马达和一个大电池，所以它比传统汽车重；而且，这可能会导致降低车辆内部空间和负载能力，并增加车辆的能源消耗。虽然更大的电池的生产增加了插电混合动力电动汽车的碳排放，但车辆整个生命周期的整体净排放量仍是比传统的汽油/柴油动力车显著降低。由于是混合动力，因此它非常适合那些需要很多较短距离（如每天上下班）车程，但同时还需要传统内燃机汽车的行驶距离和公用设施的车主。目前市场上有少量的车型可购买，比如沃尔沃V60、丰田Prius插电式混合等。 【里程扩展型混合动力电动车】 与插电式混合动力电动汽车类似，该车在纯电动模式下运行时不产生任何直接的影响空气质量的污染物，而且在低速行驶时能减少噪音污染；当与低碳电力和生物燃料一起使用时，可以实现显著的温室气体减排。同样，与内燃发动机汽车相比，前期的购买价格比较高。里程扩展型混合动力电动车在制造中可能会产生比同级别的内燃发动机汽车多达34％的温室气体排放量，这主要是由于电池生产造成的，但车辆生命周期的整体净排放量仍然显著降低。全电动情况下更长的行驶距离，结合汽油/柴油扩展，使得该类车辆非常适合每天有定期的较短行程的驾驶者。当需要长途旅行时，该类车辆有传统内燃机汽车的行驶里程和公用设施可用。但如果推广，则需要通过技术创新来降低电池成本和重量，从而让车辆价格与替代车型接近，并且提高性能。目前有一些可选车型，如沃克斯豪尔的Ampera、雪佛兰的Volt、菲斯克的Kama。 【纯电池电动汽车】 2013年4月，Detroit Electric在上海汽车展上向公众推出了新的高性能电动跑车SP：01。该限量版的两座纯电动跑车为电动汽车的性能和操控性树立了新的标杆。它的最高时速可达250公里，加速到100公里每小时只需要3.7秒，据称是当今世界速度最快的纯电动汽车，但高昂的价格（起价13.5万美元）使得在车展或电视节目以外的地方看到SP：01电动跑车的机会相当渺茫。纯电池电动汽车几乎无污染，且每公里行驶成本较低。由于运动部件的减少、液体变化的需求减少和刹车片磨损的降低，需要的维修成本也比内燃机动力车低。与汽油/柴油或混合动力汽车相比，它最大的劣势是价格过高。中型纯电池电动汽车（如日产LEAF）比同级别的汽油或柴油动力车要贵大约2万美元，这主要是由于电池成本高。随着技术创新和电池产量增加，纯电池电动汽车的成本溢价可能会随着时间的推移而减少，到2020年降至约8000美元，到2030年降至约4000美元。与汽油/柴油动力车相比，目前纯电池电动车行驶里程有限（通常160公里左右就需要充电，但范围从80~400公里不等）；在极冷或极热条件下，行驶里程可能更有限。另外，汽车生命周期内电池的耐用性还是个未知数。 【燃料电池电动汽车】 汽车制造商越来越担心制造电池为动力的汽车将无法满足苛刻的排放和燃油经济性标准，因此或许我们需要燃料电池电动汽车。使用氢气作为燃料——实际上更准确地说是用它作为能量载体，因为生产氢气要消耗其他能源——有潜力减少温室气体和其他污染物的排放量，因为燃料电池电动汽车在使用阶段没有空气污染物排放，水蒸汽是惟一的反应产物。正如戴姆勒公司首席技术官Thomas Weber所言，燃料电池技术具有无排放行驶的最大潜力。美国能源部长最近对氢气技术表示出越来越浓厚的兴趣。与此同时，德国政府已经拨款给全国可替代能源的服务站，用其提供电池充电器和氢泵服务。由于较短的加油时间和较长的行驶里程，燃料电池汽车适合于需要定期长途运行的车主。预期到2050年燃料电池电动电动车可能会占据超过30％的中型汽车市场。 2013年1月下旬，丰田和宝马透露说计划在氢燃料电池研究方面进行合作。早些时候，福特、戴姆勒和日产宣布它们共同努力，并最早于2017年将它们自己的燃料电池技术推向市场。它们希望通过协作发出明确的信号，让供应商、政策制定者和行业鼓励进一步发展氢气补给站和其他必要的基础设施，从而使氢气动力车大众化成为可能。 估计目前燃料电池汽车的成本溢价约为10万美元。随着时间的推移，溢价会减少，预计到2030年降至4500美元左右。2012年，英国研制成功聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC），它能在较低的温度下操作，比其它燃料电池更小、更轻，使得它们更适合用于小汽车和货车。英国的聚合物电解质膜燃料电池系统可将汽车总拥有成本降到低于36美元/kW，从而让燃料电池电动汽车足以在成本上与内燃机动力汽车竞争。如果使用该技术，到2050年可以将燃料电池电动汽车的市场总份额从原有预期的25％提高到34％，相当于在全球增加了200万辆燃料电池电动汽车，这等同于300亿美元的聚合物电解质膜燃料电池市场价值，以及全球2.6亿吨的二氧化碳节余。 目前还没有可供购买的氢燃料电池汽车，但氢燃料电池汽车已经开始试运行。例如在南加州，本田已经向一组选定的消费者出租其FCX氢燃料电池汽车。在夏威夷，通用汽车测试了氢动力雪佛兰汽车Equinox，该车在2010年温哥华冬季奥运会中试用。2013年2月现代开始有限生产供公共和私人车队租赁的车辆。丰田表示会在2015年发布燃料电池轿车，其他厂商也有类似期望。它们的目标市场定在英国、日本、德国和美国等国家，因为这些国家已经有了这类汽车加燃料所需的氢基础设施建设计划。 氢气动力的待解难题 虽然有足够的吸引力，但是氢能源自身也存在问题。 首先，氢气不是燃料，它只是燃料传输的一种方法。作为宇宙中最丰富的元素，氢气并不是单独存在的，它必须从其他化合物—如水或烃分子—中提取，需要其他能源。最清洁彻底的方法当然是利用太阳光将水分解为氢和氧，或者使用太阳能电解水。这意味着要有一个可行的“氢经济”，太阳能的使用一定要便宜。当然制造氢气的能量也可以来自煤炭或核能，但其后的副产品必须加以处理。 新的提取氢气的技术也在不断涌现。例如2013年3月，瑞典隆德大学（Lund University）的研究人员开发出一种方法，可以将发电站运行中产生的燃烧垃圾底灰分解成氢气。由燃烧垃圾形成的重的砂粒状底灰经常被用来覆盖垃圾填埋场或作为建筑材料，由于存储时会逐渐释放氢气，因此为了避免爆炸危险，这些垃圾底灰通常被放置在开放空间以确保氢气可以逸出。这项新技术不是让氢气缓慢释放到空气中，而是在无氧环境中用水浸湿底灰使其迅速释放氢气，然后收集并存储，从而将垃圾底灰变为一种资源。该技术不仅消除了氢气爆炸的风险，还降低了垃圾填埋场的压力。研究人员估计，使用这种技术每年可产生200亿升的氢气，相当于56千兆瓦时（GWh）的能量，有助于更环保的氢生成。 其次，氢的存储运输有问题。氢气需要压缩存贮，携带氢加压罐相当于携带炸弹，非常危险，因此必须为氢气运输制造一个安全的氢存储介质。 第三，使用氢须使用燃料电池，因此燃料电池一定要便宜，但目前用铂作催化剂的成本相当高。同时，为了鼓励消费者对燃料电池汽车的大规模接受，必须有大型加氢基础设施的网络，以确保车主可以方便地为车辆加氢。 核心在于电池技术 动力系统电气化的进展速度主要取决于电池技术，或者说储能技术。如何让电动汽车的市场占有率迅速增长，改进电池技术和降低成本被广泛认为是最重要的因素之一。这需要四个方面的突破：降低成本、提高能量比（从而提高既定电池重量下车辆的行驶和性能）、提高可用的运行寿命和减少充电时间。同时，制造商必须确保最高的安全水平。由于许多锂离子化学物质的不稳定性，这一挑战相当大，这也正是当前插电式汽车的主要关注点。动力系统电气化的进展速度因素很多，有政府因素，比如树立运输业碳减排的长远眼光和战略，确保提供必要的加油/电/氢等的基础设施；有技术因素，比如降低成本并提高能源存储（和燃料电池）技术的性能，减少车辆的能源消耗，开发加油/充电的技术和标准等。 消费者考虑购买电动汽车时考虑的主要因素包括：所使用“燃料”（即电池等）的价格（90%）、方便充电（86%）、行驶里程（82%）、汽车使用寿命（即电池生命周期，78%）和汽车控制单元（即电池管理，73%）等。尤其电池，因为它占电动汽车总成本的比重很大，而电动汽车车主或潜在车主都还无法确定电池使用寿命有多久，折旧率如何。 虽然以电池为动力的汽车的发展让人失望：它们依然价格昂贵、行驶里程有限、充电时间长、电池寿命不确定以及车型少等，但是，随着电池技术的改进，全电动汽车足以满足那些短途的、日常行驶需求可预测的驾驶者的需求，而且更经济。而对于其他驾驶者，也会有一系列的选择来满足他们的需求，包括改进的汽油或柴油内燃发动机汽车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、燃料电池车及其他。根据KPMG的预测，到2018年，插电式混合动力车被认为具有最大的销售潜力，而纯电动汽车的吸引力最小（KPMG，2013）。比如日本，已经大力采用混合动力，2012年5月，所有新登记的汽车中有五分之一是混合动力车（此数字不包括微型车）。尤其是在福岛核灾难之后，纯电动车更加不被日本汽车业的高管看好。随着消费者越来越适应电子技术，他们的购买习惯很可能会改变。当前电动车的成本高的一个解决方案是买车，但可租赁电池，目前雷诺Twizy已经提供了这种模式。 从短期来看，预计传统的汽油/柴油车仍将继续主导个人交通工具。发动机技术的创新结合车辆效率的改进，可以实现高水平的燃料经济性。同时，全混合动力技术的市场份额会继续增加。
从中期来看，如果电池技术的突破能够达到必要的性能改进和成本降低，那么动力系统的电气化水平将会大幅提高，越来越多的车辆会提供纯电动驱动模式，插电式混合动力的车型也将增加。随着消费者对电子动力系统技术的信心的增加，纯电动汽车也将开始抢占市场份额。 技术的混合使得长期的预测相当困难。插电式混合动力电动车和电池电动车(包括燃料电池汽车）取得显著市场份额的速度高度依赖于它们相对于传统汽车相比的总拥有成本。而这，将依赖于诸如油价、电池和燃料电池成本的进一步降低，以及政府的政策。比如英国公共政策研究协会（IPPR）2013年4月发布的一份报告就呼吁政府为电动汽车建立全国范围内统一协调的充电网络；对电动汽车用户设立全国性奖励计划，例如让他们免费使用收费公路；它还呼吁政府本身作为汽车产业的主要客户之一大力推动采购绿色汽车。
