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生气体产生；而内燃机汽车由于涉及到氧化、燃烧等化学反应，不可避免地会带来尾气污染排放。从动力源上看，尽管气动车在运转过程中没有产生能耗，但给高压储气罐充气的过程事实上会消耗大量的电力。因此，气动车可看作是另一类型的电动车，只不过是储存能量的媒介由蓄电池换成了储气罐而已。从严格意义上说，纯电动车、气动车并非如生产商所宣称的那样“零排放”，由于电力的生产过程会产生污染气体排放。因此，这些车型只不过是将污染源从汽车尾气排放管转移到了发电厂的大烟囱，并不能称为真正意义上的零排放汽车。但有所进步的是，由于发电环节更加清洁而且效率较高，排放的废气相比更容易收集和处理。因此，电动车、气动车相比传统的汽车更加清洁高效。
第五章 迎接新能源的革命（5）
第四种选择是氢能源车。其动力源包括氢内燃机和氢燃料电池。从原理上看，氢内燃机与传统的汽油或柴油机没有本质上的差别。所不同的是氢能的品质更高，不仅能量密度更大，而且更加清洁高效。这对汽车引擎的结构设计、材质、安全性等方面提出了更高的要求。技术上看，氢内燃机距离实际应用并不存在难以逾越的屏障。人类社会对氢动力的开发利用经历了半个世纪的技术积累，应用程度上已经达到了一个较高的层次。导弹、火箭、航天飞机等高速、超高速飞行器都是以氢能为主要动力的典型代表。可以说，普通大众对于氢能既熟悉又陌生。之所以这些航天军工领域的能源技术没有现身于日常生活中，原因很简单，经济因素制约了氢能的民用推广。在军事战争或外太空探索等体现国家意志层面的较量中，经济成本通常是让位于政治战略的。尽管氢能的开发与应用成本极其高昂，仅提取液氢燃料的代价就不菲，但在军事或航天领域，为了在对抗中获得优势，这些成本几乎是不予考虑的，甚至某些时候被认为是必不可少的。这正是一些先进的导弹每枚造价动辄上百万美元，一些航天飞机每次飞行的燃料费用就高达数千万美元的原因之一。这样高昂的能源成本在民用领域显然没有竞争力。从经济性的角度来说，获得廉价、稳定、持续的氢燃料供应是氢能得以具备竞争力，大规模应用于民用领域的关键，氢燃料电池的开发利用上同样面临这一突出问题。
燃料电池的诞生具有划时代的意义，其足以与内燃机的诞生相提并论。尽管燃料电池比内燃机早半个世纪问世，但在社会认知与应用程度上看，燃料电池却与内燃机相去甚远。自从1839年燃料电池被英国人格罗夫发明以来，其一直处于缓步发展的过程中。上世纪50年代由于美苏两国展开太空竞赛，燃料电池的开发与应用才得到了长足的进步，由此也受到了更广泛的关注。此后，各种新型燃料电池相继被开发出来，以氢为原料的燃料电池更成为其中的翘楚。
毫无疑问，燃料电池的发展是极为缓慢且滞后的。从燃料电池发明到1959年完成第一台工程样机，其间经历了120年，而通常一项新技术经历这个阶段，所需的时间大约也就60年左右。而从完成第一台样机到实现商品化，大约需15～30年的时间。假如按照这个开发周期衡量的话，那么燃料电池最迟在上世纪90年代初就应该进入商业化阶段。但现实情况是，这一过程推后了近20年。之所以出现这种状况，主要还是由于以石油燃料为基础的内燃机工业发展得太顺畅了，低廉的油价使得内燃机动力设备遍地开花，客观上阻碍了其他技术的发展。此外，在能源利用方面，人们习惯于以内燃机为主导的热力学思维模式，而忽视了电化学在动力设备上的应用和开发，这使得以电化学技术为代表的燃料电池开发被大大延缓了。如果人们在20世纪的前半叶，就注意到燃料电池动力设备的价值，以及相关基础研究的重要性，比如着手研究电极反应速度、超电压、电催化等有关的基础问题和解决方案。那么，燃料电池产业和技术的发展或许就不是现今这样的窘境了。从某种意义上说，人们今天对燃料电池的大量基础研究正是在补昨天落下的课。
第五章 迎接新能源的革命（6）
燃料电池与普通的蓄电池有所不同，蓄电池只是起到了蓄电的作用，本身并不产生电力。而燃料电池却像太阳能光伏电池一样，本身可以产生电力。太阳能电池将吸收的太阳能转化为电力，目前的发电效率维持在20％左右，也就是说，太阳能只能将约二成左右的太阳辐射能予以转化利用，能源利用效率比较低下。氢燃料电池的发电效率通常高达80％以上，完全颠覆了传统的发电方式。我们知道，人类社会目前广泛应用的发电方式是基于英国科学家法拉第在1831年创立的电磁感应理论，简而言之就是特定条件下使感应线圈转动而产生电力。比如利用煤炭、石油、天然气、铀等化石能源驱动蒸汽轮机或燃气轮机发电；或者利用水力、风力等可再生能源驱动水轮机或涡轮机发电。尽管具体的技术路线不一而足，发电的效果各有千秋，但本质上的原理都是一致的。氢燃料电池与上述的发电方式截然不同。传统的发电方式中间需要进行能量的多次转换，如热能或动能转变为机械能，机械能再转变为电能，多一次转换就会多一份能量损耗，并且这种损耗是不可避免的。因此，传统的发电方式其能源利用效率一般不超过60％。氢燃料电池是一种燃料与电力径直对接的产物，即通过氢燃料与氧的电化学反应直接发电，不存在中间环节，因此也就不存在额外的损耗，氢燃料电池的发电效率比传统的发电方式都要高，主要原因就在于此。另外，从热力学理论上看，燃料电池的能量转换效率要高于内燃机。因为内燃机热效率受到卡诺循环定律的限制，而燃料电池的效率则不受上述规律的约束。所以，只有配备了氢燃料电池的汽车才是一种真正意义上的新动力车型。其优势不仅体现在高能效上，更体现在高洁净性上。理论上讲，氢燃料电池车的排放物是可供人直接饮用的水，比自来水还纯净。其对环境的影响甚微，几乎可以忽略不计。在燃料电池的研发与制造方面，加拿大的巴拉德公司处于全球领先的地位，德国戴姆勒·奔驰公司的氢动力车配备了巴拉德公司的多款燃料电池，目前在市场上已越来越具有竞争力。
那么，不久的将来，上述的几种替代车型究竟哪一种会力拔头筹、脱颖而出呢？这自然又是个仁者见仁、智者见智的话题。答案并非像单项选择题那样简单，因为新能源汽车技术的适用性因市场而异，目前还没有一个适用于全球的单一解决方案，不同国家的现实国情通常会带来迥异的选择结果。
我们以巴西为例，这个南美国家目前是全球最大的乙醇替代燃料车使用国，乙醇燃料的消费占巴西全国汽车能源消费的30％以上。这对于巴西降低石油依赖，改善本国大气质量起到了显着的成效，一时间引得其他各国趋之若鹜、纷纷仿效。事实上，巴西的成功经验并不具备多少复制性，尤其是对于中国、印度这样的人口大国而言，情况更是如此。
巴西地广人稀、植被繁茂，其所处的热带雨林气候使得生物资源的自然生长条件得天独厚。这为巴西利用玉米、甘蔗等农作物资源制造乙醇燃料打下了坚实的物质基础，巴西的汽车乙醇工业能得以可持续发展的根本原因正在于此。反观中国、印度等国，其自然禀赋和人均资源条件均不及巴西，十几亿人口的吃饭问题始终是头等大事。人与汽车“争食”的矛盾如果出现，将很有可能引发严重的社会问题。对中国、印度而言，解决人的口粮问题远比汽车的口粮重要。巴西的成功模式并不见得就能简单复制到中国、印度等国，遭遇水土不服也是常有的情况。从这种意义上说，巴西的肉或许就是中国和印度的毒药。再比如，对于电力资源尤其是水电资源比较丰富的国家，发展电动车或气动车就显得比较适宜。同时也可以达到减少石油依赖，改善大气环境的效果。退一步讲，即使在电力资源相对短缺的国家，为了减少石油耗费，仍然可以选择电动车作为解决方案。相比石油资源的稀缺和来源单一，电力的优势不言而喻。 txt小说上传分享
第五章 迎接新能源的革命（7）
从技术成熟度、经济性、适用性等多方面因素综合评价，电动车在经过长期的孵化后，将步入成长的繁荣期，一些性能稳定、续航里程长、具有价格竞争力的电动车品牌将会被消费者逐步认知和接受。像中国比亚迪公司推出的FDM双模车型，其充电一次的续航里程已经达到100公里以上，电池储存技术基本上满足了实用性的要求，具备了广阔的发展前景。当然，强调电动车的重要性也不能厚此薄彼，开发氢能源车同样意义重大。毕竟，氢能源车代表着未来的发展方向。
我们通常把速度飞快、一路疾驰的车称之为飞车。事实上，未来有望出现名副其实的“飞车”。有谁规定了今后的汽车就一定要贴在地上跑，而不会在低空飞呢？没有！只要汽车具备了足够强劲的引擎。这一切又有什么不可以实现的呢？事实上，位于美国波士顿的一家公司已经生产出了基于混合燃料的可飞行的汽车，它可以看作是未来飞车的一种雏形，有望成为介于汽车与飞机之间的一种特殊交通工具。这种飞车着陆之后便可以当作汽车，收起飞行翼后便可正常行驶在高速公路上。笔者坚信，未来的飞车其动力必将更加强劲，氢能源所带来的超强动力性恰好可以大展身手。
人类未来的通行方式本来就是海陆空全方位、立体式的交通。在由地下交通（地铁）、地面交通（火车、汽车）、水路交通（轮船、潜艇）高空交通（飞机、航天飞船）所构成的立体交通空间中，唯一没有被占据，而且大有发展空间的就是低空交通了。未来的“飞车”完全可以和直升机、飞艇等低空飞行器相媲美。氢能源车的盛行将使交通堵塞问题迎刃而解，司机们的自由度也将大为增加，塞车的时候就不用再无奈地等待了，至少可以选择飞离现场。不过，旧问题的解决总会带来新矛盾的产生。对于今后出现“低空交通管制”这样的交通新术语，恐怕我们就不必见怪了。
尽管目前汽车工业遇到了种种困难，处于前所未有的艰难境地。但同样也需要看到，汽车工业展现出了去故纳新、生机萌动的另一面。与石油工业的暮色沉沉、日薄西山相比， 新能源汽车业更显朝气蓬勃、前路广阔。从这个意义上说，汽车的明天比石油好。
能源更替过程的脉络
人类社会的能源更替过程有着一定的脉络可循，其最基本的规律前已阐述。从最初伐薪烧炭，到后面利用氢能，人类社会所利用的能源从全部含碳到碳氢互存，再到全部含氢。逐步实现着从低品位能源向高品位能源，从低清洁能源向高清洁能源的演进过程。当氢能作为主导能源挑大梁的时代过去后，为了使能源利用过程更加清洁，人们将会利用氢的“同胞兄弟”，也即氢的同位素氘和氚元素（分别读作dao和chuan）作为能源开发的物源（见图4…1），它们的“含氢量”看起来更大，氘和氚分别被称作重氢和超重氢。这看起来是人类社会的终极选择。
薪柴 煤 石油 天然气 氢 氘、氚
固态 液态 气态 等离子态
图4…1 能源替代过程的状态
所谓同位素，是指一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，那么核电荷数和核外电子数也都是相同的，因此，同位素的化学性质是相同的；而由于中子数不同，同位素的原子量会有所差别。打个简单比方，氢、氘、氚就好比是性格上极其相似，但体重有所不同的三胞胎兄弟。如果将氢的体重比作1个单位，那么氘和氚的体重一个比一个大，分别是2个单位和3个单位，这也就是氘被称作重氢，氚被称作超重氢的原因。
第五章 迎接新能源的革命（8）
相对于化石能源的有限储量，氘和氚在海洋中可以说无处不在，其含量高达几十万亿吨，几乎是无穷无尽的。氘和氚是自然界中最容易实现核聚变反应的元素，如果将海水中蕴含的氘和氚全部用于核聚变反应，其释放出的核聚变能足够人类利用上百亿年。所谓核聚变能，简而言之就是等离子态的较轻原子核聚合为一个较重原子核的变化过程中所释放出的能量。这一剧烈的能量释放过程遵守自然科学中着名的质能方程。原子