彭紅濤
石油短缺和生態惡化是21世紀人類面臨的主要問題，能源的短缺將直接影響各國經濟的持續發展，而環境污染則直接威脅著人類的健康和生存。天然氣是當今世界能源的重要組成部分，它與煤炭、石油并列為世界能源的三大支柱。據研究資料顯示，世界已探明的石油儲量，按汽車現在消耗的速度，還能支撐40-70年。而已探明的天然氣儲量，預計可以開采200年。從這個意義上講，天然氣汽車是21世紀汽車工業發展的一個重要方向。
一、天然氣汽車的發展現狀
近二十多年來，世界天然氣需求持續穩定增長，平均增長率保持在2%，專家預計2020年其在世界能源組成中的比重將會增加到30%。21世紀天然氣在世界能源結構中的比重將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀將是一個天然氣世紀。
天然氣是一種潔凈的能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為二氧化碳和水，其產生的溫室氣體只有煤炭的1／2，是石油的2／3。天然氣汽車則是以天然氣作為燃料的汽車，按照天然氣的化學成分和形態，可分為壓縮天然氣(CNG)汽車、液化天然氣(LNG)汽車和液化石油氣(LPG)汽車3種。近年來，天然氣汽車在全球發展很快，在應用與運營方面比較成功。天然氣汽車是一種理想的低污染車，與汽油汽車相比，它的尾氣排放中CO下降約90%，HC下降約50%，NOx下降約30%，S02下降約70%，CO2下降約23%，微粒排放可降低約40%，鉛化物可降低100%。可見天然氣對環境造成的污染遠遠小于石油和煤炭，是一種優良的汽車發動機綠色代用燃料。同時，天然氣汽車的使用成本較低，比燃油汽車節約燃料費約50%。此外，與電動汽車相比，天然氣汽車的續駛里程長。有關專家認為天然氣汽車是目前最具有推廣價值的低污染汽車，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前，它已在世界上得到廣泛應用。
根據最新資料顯示，全世界約有四百萬輛天然氣汽車，其中中國約有九萬七千多輛天然氣汽車。目前，世界上有六七十個國家在進行壓縮天然氣的研發和使用，全世界約有三百六十七萬多輛汽車使用壓縮天然氣作為動力。中國使用壓縮天然氣的汽車約有九萬輛，主要分布在四川、陜西等西部地區。其中，四川省使用壓縮天然氣的汽車最多，達到四萬八千輛，加氣站也有一百八十多個。上海有四百余輛CNG公交大客車投入使用。可以預見，隨著國內其他城市供氣系統和全國范圍內的加氣站網絡建設的完善，天然氣汽車必將得到大力推廣，天然氣企業和天然氣汽車行業的市場空間極為廣闊。
二、天然氣汽車存在的問題
用天然氣作為汽車動力有很多優勢，如污染少，燃料經濟性好、價格低等。但由于它與汽柴油在燃燒特性和儲存方面有所不同，因而在天然氣車的開發和應用中，存在如下問題。
動力性較低。燃用天然氣與汽油相比，混合氣的熱值低(天然氣／空氣混合氣熱值為3.36MJ／m3，汽油／空氣混合氣熱值為3.82MJ／m3)，進氣(空氣)量少，分子變更系數少，動力性約下降20%。
供氣體系建設有難度。天然氣汽車在國內大城市推廣應用，必須建立相應的加氣站及為加氣站輸送天然氣的管道，這涉及到城市建設規劃、經費投入和環境安全等諸多因素。而且建加氣站的費用相當高，需500－1000萬元人民幣，甚至更多。這個問題在一定程度上已經成為一些地區發展天然氣汽車的瓶頸。
貯氣瓶占用空間較大，攜帶不便。1m3常壓天然氣裝入20MPa的貯氣瓶中，約占5L容量。而與之等熱量的汽油(0.81kg)只占1.1L容積，CNG所占容積等于汽油的4.5倍(容積系數等于4.47)。要保證相同的續駛里程，天然氣汽車貯氣瓶的體積比汽車油箱就要大許多，相對降低了車輛的承載能力。貯氣瓶在壓力下的攜帶，技術上不是難題，但畢竟不如汽油和柴油方便。而且氣瓶貯氣量直接關系到行駛的里程。
汽車用戶的初始投資較大。天然氣汽車的一些部件如貯氣瓶、安全閥等，要求嚴格，成本較高。此外，尚未形成規模效益，使得它們的造價下降受限。對于目前采用的兩用燃料車，則要在原車上另加一套價值數千元到數萬元不等的天然氣供氣系統。
三、發展我國天然氣汽車的對策
1.加快天然氣發動機關鍵技術的研究
電子控制技術。應用先進的電控技術對天然氣發動機的燃料供給、點火定時等進行精確控制，是實現天然氣汽車發動機高效率、低污染燃燒的關鍵之一。電控系統主要包括電控單元、傳感器和執行機構等。
空燃比控制技術。為協調發動機排放(NO／HC)、氣耗率和可靠性(排溫)，空燃比在整個萬有特性圖上的快速與精細控制是關鍵。
優化燃燒技術。發動機燃燒技術和高能點火技術及其協調優化是實現最佳性能的必要條件。
先進的后處理技術。由于歐Ⅲ排放法規不僅要求限制天然氣發動機的非甲烷碳氫(NMHC)而且要求控制總碳氫排放(THC)，先進的氧化型后處理技術就成為關鍵技術之一。
2.改善供氣能力，加快加氣站基礎設施的建設
利用"西氣東輸"和進口天然氣的管網建設在沿線和周邊城市改善供氣能力，為大力發展天然氣汽車提供必要條件。影響天然汽車發展的一個重要的因素是加氣站的建設。發展天然氣必須有大量適用的加氣站網點作保障。天然氣汽車的發展要有計劃有步驟的作好發展規劃，逐步實施。各大城市，特別是有條件建設的城市應將天然氣汽車加氣站的建設列入城市的發展規劃中，并盡早投入經費建立天然氣的供氣系統。
3.貯氣瓶的研制
研制儲存量大、耐高壓、輕質的車載復合氣瓶已是一個必須解決的重要關鍵技術。這方面國外已經成功地研制并生產了壓力大于25MPa的復合材料氣瓶，且其P／V(質量／容積)僅為0.6。我國應盡快開展這方面的研制工作。
4.政府政策的支持
政府的經濟政策是影響燃氣汽車發展的一個最重要因素。許多發達國家的政府為了保護環境，在價格，稅收，投資，補貼等方面制定優惠措施，積極鼓勵燃氣汽車的發展。我國政府應結合實際情況，積極發揮引導、支撐和排障的作用，如在法律方面予以保障，在燃氣汽車生產、改裝、零部件生產、加氣站建設、燃氣汽車購買和使用等環節給予稅收、資金等方面的優惠政策。例如上海市政府對新增天然氣公交車進行補貼，政府投資進行加氣站建設，由委托企業經營等，都是行之有效的措施。目前我國正在進行燃油稅改革，實行稅改后，燃油價格將上升，對燃氣汽車的發展具有重要的促進作用。
隨著材料技術以及電子技術的不斷發展和廣泛應用，天然氣燃料的優勢將會大力被開發和利用。從長遠來看，天然氣將會成為最有前途的車用"低污染燃料"。因此，發展天然氣汽車對解決環境問題和能源問題都具有十分重大的現實意義。
