作者：史文库 吕冬慧

　　一、背景

　　世界经济的现代化，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在化石能源基础之上的一种经济。

　　然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。

　　石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为1180~1510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050左右年宣告枯竭。

　　天然气储备估计在131800~152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在57~65年内枯竭。

　　煤的储量约为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。

　　铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。

　　汽车自1886年问世以来，为人类文明和进步做出了不可磨灭的贡献。试想一下，现代社会中如果没有汽车，会是什么景象？整个社会将处于瘫痪状态。但汽车工业文明的背后，却是对地球环境的污染和对人类健康的严重损害。

　　联合国教科文卫组织和环境组织的联合调查显示，在现代城市污染中，汽车污染占34%。1990年全球汽车保有量达6.8亿辆，汽车尾气中排放的主要污染物一氧化碳、二氧化碳、碳氢化物、硫化物、氮氧化合物达43亿吨，而2000年已达到50亿吨。

　　汽车尾气污染的重要标志物是臭氧，其浓度0.1ppm(1ppm等于一百万分之一)时，呼吸2小时后肺活量减少20%；浓度在0.5—1ppm时，呼吸1—2小时，会引起呼吸道阻力增加、二氧化碳扩散和肺活量降低，当浓度达到1—2ppm时，呼吸1—2小时会出现思维紊乱。汽车污染可以称得上是环境杀手。

　　目前，解决汽车污染问题已经被提上议事日程。

　　二、通用燃料电池概念车sequel:

　　世界各国从保护环境和节约石油资源的角度出发，在纷纷出台限制汽车排放污染的各种法律、法规和政策的同时，相继推出了不同类型的代用燃料汽车。目前已经投入使用和正在研究开发的代用燃料汽车主要有：燃气(天然气、液化石油气)汽车、醇类燃料(甲醇、乙醇)汽车、氢气汽车、二甲醚汽车、生物柴油汽车、燃料电池汽车和电动汽车等。其中燃气汽车应用最为广泛，占全世界所有600多万辆代用燃料汽车的80%~90%，其次是醇类汽车，而二甲醚汽车、氢气汽车、生物柴油汽车、电动汽车和燃料电池汽车仍处于研发阶段。

　　图为通用燃料电池概念车sequel

　　本次车展中，通用公司继燃料电池概念车“自主魔力”(AUTOnomy)和线传操控氢燃料电池车后，又推出一款新一代的氢燃料电池车sequel，其名称在英语中就是“承上启下、延续未来”之意，Sequel是通用汽车向燃料电池车商业化生产目标所迈出的重要一步，我们从这款概念车身上也不难看出未来汽车能源的发展方向。

　　Sequel采用燃料电池驱动汽车行驶，新一代燃料电池系统对上一代燃料电池进行了改进，使得制造成本大大降低，最大功率提高了约25%。Sequel可连续行驶300英里，且能够在10秒内由静止状态加速到60英里/小时，是该领域第一辆能够连续行驶较长距离，且性能表现如此出色的汽车。

　　Sequel燃料电池系统内的氢能源可以被直接转换为电能，并提供前所未有的大扭矩来驱动前后车轮。车辆加速时备用高压锂电池系统可向三只驱动电机提供额外动力；车辆刹车时锂电池系统可以用来储存刹车时回收的能量以提高车辆的连续行驶能力。Sequel的电气系统由三个子系统组成，其中高压系统为驱动装置提供动力，42V系统为一般电气设备供电，12V系统为辅助设备，为音响、照明系统等提供电源。为了解决燃料电池的冷却问题，Sequel设置了几个功能各异的进气口，均布置在车辆侧面的后排座椅窗和后窗的连接部下方。

　　除底盘控制以外，Sequel的燃料电池还为温控系统提供动力。Sequel配有采用通用汽车专利技术的密封HVAC(加热、通风与空调)系统。Sequel的独立式HVAC系统在引擎罩下方通常容纳引擎的地方，位于仪表板以外。此外，通过经由引擎罩吸入空气，前散热器能够更加有效地冷却燃料电池，使汽车即使在炎热的环境里也能达到最大功率。

　　图为sequel底盘系统注释图

　　Sequel连续行驶300英里的优异表现还得益于储存压力提高后氢气存储量的增加。目前的氢气储存量已达到8公斤，是通用汽车此前研发的“氢动三号”的两倍。Sequel的氢气储存系统由三只重量很轻的碳纤维储存罐组成，存储压力提高了一倍。 经过严格的试验认证后证明，这种存储罐即使在非常恶劣的环境下也能具备极好的安全性能，而储存罐也并未对承载空间造成很大影响。

　　图为sequel底盘

　　这款燃料电池汽车采用了当前领先的技术，直接用氢气供应能源转化成电能驱动动力系统。同时还装备了备用电池，使汽车行驶起来更加的稳定。同时这款车设计的再生自动能回收可以有效的节能和增加续驶里程。用氢气作为能源，排放出的仅为清洁的水，sequel做到了零污染。这款概念车符合当今对能源和环境的要求。

　　三、未来汽车能源的发展方向：

　　燃料电池通过氢与氧反应来产生电能，产物是水，这个过程可以说达到“零排放”，对环境保护非常有利。而氢气可以从石油、煤、天然气以及其他非石油基燃料中获取；也可以通过风能、太阳能、原子能等其他各种能源形式电解水获得。我国的能源结构是煤的年产量占总能源的72%，石油只占20%左右。如果燃料电池汽车研制成功和推广使用，将彻底变革原有的发动机燃烧模式，创造真正零污染的汽车，并且改变对石油依赖的现状，对各个国家环境保护、能源安全与经济的可持续发展将产生深远的战略意义。

　　以氢为能源的燃料电池技术代表了未来交通工具技术的一个发展方向。氢是一种理想的清洁燃料，用作汽车燃料可实现真正的“零排放”，其优点在于：来源广，是地球上仅次于氧的最丰富元素，主要以化合物的形式存在于水中；无毒性，氢燃烧时只产生水；单位重量的氢释放的热能比任何碳氢燃料都高，约为化石燃料的3倍；氢能源的使用效率高，比常规的石化燃料的热效率高10%～15%，且无污染；比重小，火焰传播速度高以及可燃界限宽，容易实现稀薄燃烧； 氢能源是一种优良的二次能源，它能输送、储存，且不受一次能源的限制。

　　氢作为一种燃料，要想广泛地应用，目前还存在一些有待解决的问题，包括：氢的能量密度很低，储存运输不便，这是氢用作车用内燃机燃料的主要问题；制氢技术有待提高，制氢消耗的能量大，效率低，成本高；储氢技术尚须提高，就目前的技术来说，无论是采用低温液化、高压压缩，还是金属吸附等储氢方法，燃料及附加设备的重量和体积都太大；氢在大气中的扩散系数约为汽油的8倍，因而氢燃料"逃逸率"高；氢密度小，易气化、着火、爆炸，故携带性和安全性差；需专用发动机和配套基础设施。

　　氢是一种可再生的清洁能源， 适合于当今能源的发展趋势，作为未来汽车的动力源，无论是燃料电池还是氢能，都需要国家、企业、科研单位、大学联合起来，共同努力。

　　作者简介：

    史文库：博士，教授，吉林大学汽车工程学院，从事汽车理论和设计工作。

　　吕冬慧：硕士，学生，吉林大学汽车工程学院，太阳能及燃料电池汽车的基础理论研究。