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从油井到轮毂评价电动型汽车
 
慧聪网   2005年9月13日9时27分   信息来源:科学网    

    评价电动汽车是否真正节能和环保,仅仅看它在道路上的表现还不够。明平文说:“这个事情比较复杂。”他告诉记者,比较科学的方法是“从油井到轮毂”全面地进行评价,即应该关注从原始能量开发到驱动汽车行驶的全过程。清华大学热能工程系的王淑娟博士也认为,要充分了解这个问题,就要使用生命周期分析的方法,评价产品在其整个生命周期中,即从原材料的获取、产品的生产使用直至产品使用后的处置过程中,产生的能耗和对环境产生的影响。这一方法被比喻为“从摇篮到坟墓”的分析方法。

    这种分析方法带来了关于电动汽车节能性和环保性的很多讨论。

    电从哪里来?是清洁的吗?

    电动汽车离不开电能,评价它自然就要考察电的来源。

    有的专家认为,目前以煤为燃料的火力发电厂占有相当大的比重,电动汽车引起的电力消耗增加,必将导致电厂排污量的增加。燃烧煤炭将产生大量硫的氧化物,这是导致酸雨的主要因素,而这一污染在汽油车上几乎不存在。按同样的思路去计算,一些专家得出的结论是:电动车产生的氮氧化物污染要比汽油车高几个百分点,排出的二氧化碳也比低排放的汽油车多大约20%。因此,电动汽车并没有真正实现环保目标,只不过是把汽车排气管的排放污染集中到了发电厂的烟囱而已。

    但也有相关研究得出了与此相反的结论。陈全世认为,除了火力发电,太阳能、水能、风能也是可以被利用来发电的。而且电站大多远离人口密集的城市,对人类伤害毕竟相对较少。“汽车空间有限,要加装过多治理尾气的装置比较困难,也不经济;发电站却是固定不动的,我们可以加装种种设施来清除各种有害排放物。而且随着技术的进步,发电站的污染控制能做得更好。”明平文也告诉记者:“汽车到处跑,造成的线污染和面污染不好控制,电厂的点污染相对要好治理一些。”王淑娟也同意他们的观点。

    氢燃料电池真的百分百环保吗?

    其实氢燃料电池汽车也要面对原始能量的问题。

    王淑娟参与了“863”项目中电动汽车氢源基础设施的前期研究。她和同事对燃料电池电动汽车的氢能基础设施进行了生命周期评价,选出了环境性最好的方案,并根据敏感性分析的结果提出了一些改进方向。她说,地球上自然条件下不存在游离态的氢,氢并非一次能源,其本质是一种传递和分配能量的工具,通常需要一种一次能源分解含氢原料,产生游离态的氢。所以,氢能系统要满足“清洁的”和“可持续的”要求,生产氢所用的一次能源本身就必须是“清洁的”和“可持续的”,否则,与现有的能源系统相比,氢能系统将丧失其最大的优势。“清洁的”和“可持续的”一次能源包括太阳能、风能、水能和生物质能等,不包括化石燃料,所以,“清洁的”和“可持续的”氢能系统中氢的生产方式可以是:太阳能、风能和水能发电电解水,生物质气化分解(全生命周期内的碳循环是闭合的),光化学、热化学或生物化学方法分解水等。化石燃料分解和化石燃料发电电解水,实质是将污染排放从制氢环节转移到了电能的生产环节。

    即使达到了清洁和可持续的产氢方式,关于氢燃料电池,还有一些质疑之声。美国科学家曾经在《科学》杂志上发表论文称,氢燃料电池使用后也会给环境带来一些副作用,他们利用计算机模型研究发现,在生产和运输氢的过程中,不可避免地会有10%到20%的燃料泄漏到大气中,它们随后被氧化成水,并导致平流层温度降低,扰乱形成臭氧的化学过程,进而在北极和南极地区造成更大的、持续时间更长的臭氧空洞,而地球臭氧层的损耗会直接影响它对太阳紫外线的阻挡作用。

    明平文认为这个研究看起来有一定道理,但是他指出首先这只是一个模型研究,而且只是一家之言,实际情况会不会发生很难说。他的观点是,即使有出现这种情况的可能,也只能采取措施加以限制,人类无法因此而放弃对氢能源的利用。陈全世则认为,这篇文章对氢气的泄漏比例估计过高,即使在今天的技术条件下,也不会有这么高的泄漏比例,更何况以后氢气的生产和贮运技术还可以改进。

    电池污染能解决吗?

    电池污染也是电动汽车要面对的另外一个问题。铅酸电池的原料提炼将使矿山和工厂周围的环境受到污染。在制造电池时将使用大量的重金属,如果这些有毒废料渗入地下蓄水层,将造成严重的水污染。而使用铅酸蓄电池又将产生大量铅化物,铅化物的污染甚至可能比目前的尾气污染更严重。

    但陈全世认为,电动汽车所使用的蓄电池的污染并不像前面说的那么可怕。“我们常用的1号和5号电池很小,回收和治污可能是比较困难;车辆所用的大电池的回收相对容易,只要工厂的规模上去了,按照正规的方法做,污染是很小的。我在国外的电池厂参观过,他们能做得很环保。”陈全世还给记者讲了一个故事:“有一次我们清华的校长突然给我打电话,让我过去看一份‘内参’。标题很吓人——《电动汽车污染比传统汽车高60倍》。文章是拿电动汽车蓄电池里的铅含量与无铅汽油比得出这个结论的。撇开污染指标要全面考察不谈,我觉得这个文章完全没有考虑蓄电池的回收利用。再说现在除了铅酸电池,还有很多其他对环境更友好的蓄电池种类可以选择。”

    谁的效率更高?

    有研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车要高,因此电动汽车有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。但针对电动汽车能量利用效率高的观点,早在1999年,一些电能专家就提出了质疑。他们认为,目前以煤为燃料的火力发电厂占有相当大的比重,从电动汽车能量利用的全过程来看,煤发电的效率是34%左右,输电效率为94%,电池充电效率为90%,电动机驱动汽车运动的效率为80%,因此总效率只有23%,这比效率较高的汽油发动机还要低。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的宋健教授之前接受本报的周刊记者采访时就认为,在三种电动汽车中,纯电动汽车最不节能。中科院大连化物所的明平文以及该所承担国家“863”计划相关课题的张华民教授都干脆告诉记者,纯电动汽车目前在节能方面起不到太大的作用,“但是能够缓解石油供应的压力”。

    由于也要使用蓄电池,混合动力汽车在效率上其实也面临和纯电动汽车相同的部分问题。但是王淑娟说,已经有研究表明,从全生命周期分析看,混合动力车目前的效率最高。她认为这可能是这种车发挥了两种动力在能量转换效率上的最大优势的结果。陈全世告诉记者:“混合动力车发动机工作的策略选择非常重要,什么时候应该让内燃机工作,什么时候应该让蓄电池工作,什么时候应该两部分一块工作,决策的优劣决定了混合动力车效率的大小。”

    而关于燃料电池汽车,明平文告诉记者,从全生命周期考虑,目前国外做得比较好的燃料电池汽车已经达到与柴油车差不多的效率,比汽油机高。“而且,燃料电池技术还有很大的提升空间。燃料电池现在可能还无法与成熟的内燃机技术比较,但如果潜力得到充分发挥,应该是比柴油机的使用效率高得多的”。他补充说。
 

 
 
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