第1章 现代交通新能源技术发展现状
1.1 现代交通运输队环境的影响
1.1.1 环境污染
目前，大部分燃油类地面交通车辆依靠碳氢化合物类燃料的燃烧，来获得驱动能量。很多情况下，热力发动机内的碳氢化合物类燃料燃烧是非理想化的，即除生成二氧化碳（CO2）和水（H2O）外，还含有一定量的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）、细微颗粒物及硫化物等，这些生成物不仅污染环境，对人体也是有危害的。此外，这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。全球大气污染的42%源于交通车辆产生的污染。随着城市机动车数量的快速增长，机动车排放的尾气已成为城市大气污染的主要污染源。一些机动车排放的污染物对多项大气污染指标的贡献率已达70%。综上，必须研究改善城市机动车排放污染的对策和措施。
主要机动车排放污染物对环境的影响情况见表1-1-1。
表1-1-1 主要机动车排放污染物对环境的影响情况
（续）
1.1.2 全球变暖
受人类活动的影响，温室气体和硫化物气溶胶的浓度增加过快，有科学家预测，未来100年全球平均地表温度将上升1.4～5.8℃。
全球变暖是“温室效应”的结果，而“温室效应”是由二氧化碳和其他温室气体（如大气中的甲烷）所引发的。这些气体吸收了由地面反射的日光波谱的红外辐射，使自身升温。地球温度升高会破坏生态系统，引发影响人类的许多自然灾害，加剧气候变化风险。
近几十年的观测表明，人类活动是造成气候变暖的主要原因之一。人类社会对能源的大量消耗带来了温室气体排放问题，而气候变暖正源于大气中聚集了二氧化碳等大量温室气体。二氧化碳是碳氢化合物和煤燃烧的产物，是全球最重要的温室气体，是造成气候变暖的主要原因。虽然二氧化碳可被植物吸收，并由海洋以化合成碳酸盐的方式收集，但这些自然同化过程是有限的，不可能同化所有已排放的二氧化碳，其结果是在大气中形成二氧化碳的累积。
交通领域的二氧化碳排放问题是我们关注的重点。据国际能源机构（International Ener-gy Agency，简称IEA）估计，城市机动车二氧化碳总排放量将从1990年的29亿吨增加到2020年的60亿吨。可见，机动车对地球环境造成了巨大影响。
控制消费和节约能源是减少二氧化碳排放量的重要途径。仅在工业发达国家，人均能源消费指数为1～3不等，这表明节约能源的余地是极大的。当然，还可以考虑保持适当的消费水平，同时用那些不会产生温室效应的能源来取代那些会造成污染的能源。
为减少机动车对全球气候变暖的影响，削减二氧化碳的排放量，机动车应尽量采用小排量发动机和稀薄燃烧发动机，最大限度地提高能源利用效率。目前，各国已开始制定并实施城市机动车二氧化碳排放法规。2008年，欧盟要求小型汽车二氧化碳排放量不高于140g/km，对于汽油车，对应的油耗是6L/100km以下；2012年，不高于120g/km；2020年，不高于100g/km。如果我国大力推广一系列新能源技术，包括电动汽车技术、天然气汽车技术和以天然气为燃料的内燃机技术，到2030年，我国机动车的二氧化碳排放总量有可能降低45%。
1.1.3 能源现状
石油是从地下采掘的矿物燃料，是活性物质分解后的产物，这些物质几百万年前被埋藏在稳定的地质层中。其变化过程大致如下：活性物质（主要是植物）死亡，并慢慢地被沉积物所覆盖。这些沉积物日积月累形成半固体层，且变态为岩石。活性物质就封存在一个密闭的空间内，在高压和高温作用下，缓慢地转化为碳氢化合物或煤等物质。
地球能源主要包括石油、天然气和煤炭等，而目前全球交通运输业的燃料绝大部分来自石油及其衍生品——汽油和柴油等。根据2017年《BP世界能源统计年鉴》发布的数据，2016年，全球探明石油储量增加了150亿桶（0.9%），总量达到1.707万亿桶，按照2016年产量水平，能满足全球50.6年的产量。全球石油用量增长强劲，增幅1.6%，日用量增加160万桶，连续第二年高于10年平均增速。
全球探明煤炭储量足够满足153年的全球产量，大约是石油和天然气储量的三倍。分地区而言，亚太地区拥有最多的探明储量（占总量的48.5%），其中我国的储量占全球总量的21.4%。
截至2016年底，全球天然气探明储量为186.6万亿m3，增加了1.2万亿m3（0.6%）。与石油储量相似，这一储量也可保证多于50年的全球产量。
根据2017年《BP世界能源统计年鉴》发布的数据，我国占全球能源消费量的23%，全球能源消费增长量的27%，仍然是世界上最大的能源消费国。尽管煤炭仍是我国能源消费中的主要燃料（占比为62%），但是其产量下降了7.9%，创下自1981年开始追踪产量数据以来的最大年度降幅。预计到2020年，我国能源消费总量约为45.9亿吨标准煤，其中煤炭占一次能源比重降至58.2%，天然气比重升至8.9%，非化石能源比重升至15%。
石油的消耗量（对应的生产量）与发达国家和发展中国家的经济增长同步逐年增加。其中，随着某些人口大量聚居国家的迅速发展，石油消耗量很可能大幅增加，特别是在亚太地区。而石油消耗量激增，将导致污染物迅速扩散和二氧化碳排放量成正比增加。
石油在交通领域的消费逐年增长。国际能源机构（IEA）的统计数据表明，2001年全球57%的石油消费在交通领域（其中美国达到67%）。预计到2020年，交通用油将占全球石油总消耗量的62%以上。美国能源部预测，2020年后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年全球石油总产量的两倍。
我国是一个能源短缺的国家，已探明石油储量约160亿桶，约占全球储量的1.1%，但同时又是一个能源消费大国。我国的石油消耗量仅次于美国，位居世界第2位，石油消费年均增长率达6%以上。
目前全球汽车保有量约9亿辆，预计到2030年汽车保有量将突破20亿辆，主要增量来自发展中国家。我国汽车产量逐年增加，2009年我国共生产汽车1379万辆，居世界第1位，而且远远领先于排名第2位的日本（793.45万辆）。此后我国已连续数年成为世界第一汽车生产大国和第一新车销售市场。
我国汽车保有量也增加迅速，预计到2020年，全国汽车保有量将达1.75亿辆。在石油进口依存度持续上升的情况下，国际石油价格直接影响到我国的能源安全、经济安全乃至国家安全。
在交通领域，汽车消费的快速增长导致石油消耗量加速增长。我国机动车燃油消耗量约占全国总油耗的1/3，这也使我国的石油对外依存度每年都在攀升。有关资料显示，目前我国石油消耗的60%以上依赖进口，到2020年将增至76%。此外，汽车的汽油消耗量约占全国总消耗量的87%，柴油消耗量则占全国总消耗量的38%左右。从我国单车耗油量来看，单车平均耗油量的实际值约2.5吨，比美国高10%～25%，比日本高1倍以上。