石油資源的世界性短缺，汽車排放對大氣所造成的污染比重上升，人類不得不尋找新的清潔能源。天然氣(主要成分為CH4)是優(yōu)質(zhì)清潔燃料和重要化工原料，是地球上三大能源(石油、天然氣和煤炭)之一。目前已探明地球上可開采的天然氣儲量多于石油，特別是近幾年科學(xué)家從深海中發(fā)現(xiàn)了“可燃冰”這種能源。據(jù)初步估計，地球上“可燃冰”所含的能量相當(dāng)于石油、天然氣和煤炭總和的三倍。美國和日本在開采“可燃冰”技術(shù)上投入大量精力，他們提出到2010 年實現(xiàn)對“可燃冰”的大規(guī)模開采。“可燃冰”其實是一種“固態(tài)”型式的天然氣。1 體積“可燃冰”可分解成164 體積的天然氣和0.8 體積的水。人類大可不必為石油資源的枯竭而擔(dān)憂。

　　天然氣燃燒所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是煤炭的48%，石油的54%。燃燒后基本無煙塵，其它有毒排放物也是最少的。天然氣汽車與汽油汽車的排放對比在CO2 上下降21%，CO 減少24%~32%，HC+N0X 下降了40.9%;與柴油汽車對比煙度接近零，燃燒噪聲也下降很多。近幾年世界各國都加大了天然氣在能源消耗中的比重。表1 為1998 年我國與世界的一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對比表。

　　表1 我國與世界一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對比 (%)

　　表中說明我國能源利用絕大部分是污染嚴(yán)重的煤炭。為了改變這種不合理的能源消費(fèi)比例，“十五”期間國家花巨資實施了“西氣東輸”工程，向沿海人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)提供天然氣;并且在廣東、福建開始建造接收國外LNG(液化天然氣)的接收站;將東海天然氣引上岸工程等等具有重大戰(zhàn)略意義的可持續(xù)發(fā)展項目。這些都給發(fā)展天然氣汽車創(chuàng)造了極為有利的條件。

　　天然氣汽車有CNG(壓縮天然氣)汽車和LNG(液化天然氣)汽車兩種。目前世界上至少有100 多萬輛天然氣汽車在使用，其中大多數(shù)是CNG 汽車。國際上除美國外，從1992 年才開始大力發(fā)展CNG 汽車，而LNG 汽車由于LNG 的儲存技術(shù)原因這幾年才得以發(fā)展。這方面技術(shù)美國的研究處于領(lǐng)先地位。我國在1999 年4 月確定，京、津、滬等十二個城市為清潔汽車試點(diǎn)示范城市。截止2001 年8 月這十二個城市的燃?xì)馄?除天然氣汽車外還包括LPG汽車—液化石油氣汽車)達(dá)到近11萬輛，其中CNG汽車只占2.5萬輛。而LNG 汽車剛剛開始開發(fā)，但勢頭看好。北京市乘著2008 年申奧成功的東風(fēng)，大力發(fā)展清潔汽車，2002 年已經(jīng)開發(fā)成功首輛LNG 公共汽車，2003 年將首批開通五十輛LNG 公交汽車，并建造一座LNG 供氣站。

　　CNG 汽車雖然發(fā)展較早，但由于CNG 成分不穩(wěn)定而造成發(fā)動機(jī)功率和排放物的變化，以及儲氣罐體積過大，需高壓(20MPa)儲存等原因，在汽車使用范圍上受到限制。LNG 在液化過程中對天然氣進(jìn)行了提純，所以燃料組分變化小，是氣體燃料組分最穩(wěn)定的燃料。同時，同等重量的LNG 的體積大大小于CNG，有利運(yùn)輸攜帶。重要的是，由于真空隔熱罐儲存技術(shù)的完善，LNG 的低溫儲存難題得以解決，所以LNG汽車近幾年得到顯著發(fā)展。

　　表2 是CNG 汽車和LNG 汽車的比較

　　從表中看出，CNG 的組分除主要是CH4(甲烷)外，還有其他幾種氣體。不同氣田生產(chǎn)的天然氣其甲烷的含量不一樣，一般在70%～95%之間，因此不同渠道的天然氣在同一發(fā)動機(jī)上的功率輸出和排放物會有很大差別。LNG由于液化過程經(jīng)過純化處理，氣體組分穩(wěn)定，甚至也可以象汽油、柴油一樣建立不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)牌號的LNG，這樣發(fā)動機(jī)的燃燒就會穩(wěn)定。因此對排氣污染的控制就容易的多。LNG 的儲存壓力屬于低壓范圍(0.05~0.5MPa)很安全。LNG 的密度是CNG 的2﹒97 倍，因此運(yùn)輸LNG 是很方便的。常壓下1m3 天然氣的熱值略高于1L 汽油,而一體積LNG 相當(dāng)于600 體積的天然氣，這就是說一輛小汽車的油箱如若裝60L 汽油，理論上需要100L 的LNG 才能產(chǎn)生同樣的能量。在車輛上儲存CNG 燃料箱的空間有限，目前CNG 汽車一次性充氣的續(xù)駛里程只達(dá)到200～300km，而LNG 汽車的續(xù)駛里程可達(dá)800km。這樣的續(xù)駛里程是用戶可接受的。

　　燃?xì)馄嚨娜剂铣杀颈热加推嚨秃芏唷?jù)資料介紹，在德國市場上天然氣的價格比現(xiàn)在車用超級汽油(相當(dāng)于我國的95 號汽油)便宜近50%，比車用柴油便宜近35%;據(jù)廣東省有關(guān)部門預(yù)計，廣東省從澳大利亞引進(jìn)的LNG 在2005 年供氣時1m3 居民用氣價格大約為1.64 元，工業(yè)用氣為1.40 元，而目前93號汽油的價格在3.00 元以上。顯然，由于石油越來越成為極重要的戰(zhàn)略物資，石油及其產(chǎn)品價格只會處于上漲趨勢中。

　　總之，開發(fā)LNG 汽車從燃料后續(xù)來源的持久，使用后的清潔，使用中的低成本都比燃油汽車優(yōu)越，是值得我們花精力給予關(guān)注的。LNG 汽車的開發(fā)有一些問題應(yīng)給予注意。

　　1) LNG 需要在低溫下(–163℃)儲存，氣化后進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒(發(fā)動機(jī)與CNG 發(fā)動機(jī)一樣)。當(dāng)汽車在運(yùn)行時，氣化了的天然氣可以正常給予消耗，不會出現(xiàn)泄漏。但在停車較長時，管路和閥門的漏氣將使汽車上的低壓氣體容器內(nèi)的氣壓上升而造成危險，因此不得不在氣體容器上設(shè)置安全閥排氣，造成對大氣的污染。國際上先進(jìn)技術(shù)已能保證真空隔熱儲氣罐和相關(guān)附件的氣體泄漏量控制在安全范圍內(nèi)，LNG的日蒸發(fā)量小于1%才能保證容器的安全，還不污染大氣。我國在這方面技術(shù)還須進(jìn)一步提高。

　　2) 我國目前天然氣發(fā)動機(jī)的研究主要以汽、柴油機(jī)為原機(jī)進(jìn)行改造，改造后的機(jī)子效果不盡理想。由于1kg 天然氣(CH4)較1kg 汽油在理論上完全燃燒所需空氣量多2.3kg，所以將燃油發(fā)動機(jī)改造為天然氣后，充氣不足造成燃燒不完全，功率下降，有害排放物增加。研究表明采用中冷增壓技術(shù)可以使改造后的天然氣發(fā)動機(jī)各項指標(biāo)恢復(fù)或略好于原發(fā)動機(jī)水平。但必竟天然氣(CH4)與汽油(C7H15)和柴油(C15H28)燃燒反應(yīng)有別，研發(fā)單燃料天然氣發(fā)動機(jī)使其各個系統(tǒng)的設(shè)計趨于完善，如采用電噴控制燃燒、增加充氣量、使用EGR 等，并配備專用的催化轉(zhuǎn)化器，天然氣發(fā)動機(jī)的排放可以做到與電動汽車媲美。

　　3) LNG 的加注方式和LNG 加氣站的設(shè)備技術(shù)也需完善。LNG 加注的方便性、可靠性和安全性必須給予充分考慮。LNG 的加注時間太長，加注方式過于復(fù)雜都將影響LNG 汽車的推廣。

　　4) LNG 在氣化時產(chǎn)生大量的冷能(860～883kJ/kg)。在發(fā)動機(jī)設(shè)計或汽車設(shè)計時可以給予考慮，持別是一些專用汽車如保溫車、醫(yī)療救護(hù)車等上面給予利用。

　　5) 我國在LNG 的生產(chǎn)方面發(fā)展比較晚，但這幾年石油天然氣部門正在給予規(guī)劃。www.lng.com.cn網(wǎng)站上介紹了我國在液化天然氣技術(shù)裝備上的進(jìn)展，目前LNG 低溫儲液罐的技術(shù)和產(chǎn)品已有企業(yè)在生產(chǎn)，中小型加工LNG 工廠設(shè)備正在試制中，國產(chǎn)大型LNG 運(yùn)輸船計劃在三年后下水。能源部門為了實現(xiàn)國家對能源戰(zhàn)略的調(diào)整，這些年做了大量工作，汽車工業(yè)也應(yīng)適應(yīng)這樣的轉(zhuǎn)移。天然氣汽車的開發(fā)應(yīng)提到日程上來。除了開發(fā)天然氣汽車本身零部件外，LNG 在液化過程的提純達(dá)到什么樣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，汽車行業(yè)應(yīng)該積極配合，避免再出現(xiàn)燃油汽車在開始控制排放時有許多問題是因為燃油質(zhì)量與發(fā)動機(jī)不相適應(yīng)所造成的麻煩。