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有效利用电动汽车 电池和设备是难题

电动汽车之所以具有很高的环保性能，主要取决于作为动力源的电机的“能源效率”。因为电机将电能直接转换为动能，所以可以以80%的高效率获得动力。另一方面，内燃机想要通过燃烧燃料得到热能，首先要使活塞运动，这个效率本来就不是很高。并且，由于从活塞产生的动能传递到车轮的过程中，零件很多，所以损耗很大。因此，最终转化为动力的能量最多也只有燃料的20%左右。

而纯电动汽车是不安装发动机，完全不使用汽油的汽车。“纯电动汽车是被期待的、最终能够为能源问题和环境问题的解决做出最大贡献的终极汽车。”纸屋教授如是说。行驶1公里，二氧化碳的总排放量约为汽油车的1/4，一次能源使用量约为汽油车的1/3。

到现在为止，这种纯电动汽车也已数次出现在市场上。但是直到现在，依然没有普及到主流程度。其原因主要在于，与汽油车相比，纯电动汽车的有些性能还相对较差。例如，大多数在售的这类车中，持续行驶距离（续航距离）最多为100公里，是汽油车的1/5。

要延长纯电动汽车的续航距离，就必须开发小巧轻便，使用寿命长且价格便宜的充电电池。汽车中使用的充电电池，主要有铅酸电池、镍氢电池和锂电池3类。其中性能最好的是锂电池，但是其弱点在于价格还很高。安装足够多的电池就可以得到不输于汽油车性能的纯电动汽车，但是价格会达到800万人民币。

要普及纯电动汽车，设置充电设备也很必要。外出时可能会存在电池电能耗尽而不能继续行驶的隐患，这也是纯电动汽车普及中的一大障碍。

街上能够快速充电的设备尤为不可或缺，而这些设施也正在逐步推进。根据东京电力株式会社的统计，2010年12月，日本全国共有约300处充电设备，其中约有180处向普通市民开放。

利用快速充电器，行驶40公里所需要的电力可在约5分钟内完成充电。如果按上面所说的平均行驶距离为20公里考虑，日常使用应该不会产生不便。在日本，共选定了18个这种大量引入充电器的“EV·PHV城市”。这些城市正在施行促进纯电动汽车以及插电式混合动力汽车普及的措施。

另一方面，也有在续航距离方面表现非常出色的电动汽车。比如在本文第1页的图表中，排名第二、环保性能很好的燃料电池车。据中井介绍，由丰田公司新开发的燃料电池车，一次充满氢后续航距离可达到830公里。这个距离，比现在标准汽油车的500公里左右的续航距离还要远。

然而，氢的供给非常困难。为延长续航距离，必须在数百个大气压的高压下填充氢气体，或者在-250℃以下低温条件下存储液态氢。开发便于填充的“氢燃料箱”以及配套的“加氢站”，必须要与燃料电池车的开发并行，或者说必须要先行。因此，燃料电池车的价格到底会降低到什么程度还是个未知数。中井说：“现在正要到达低于1000万日元（80万人民币）的目标。面向2015年的市场投入，还会进一步降价。”

根据电力来源的不同 环保性能会有所下降

根据之前所说的内容，新一代的环保汽车中，电动汽车将成为主流。但是，即使是纯电动汽车，综合的二氧化碳排放量也不是完全没有的。

这是因为，在获取电力时使用的是化石燃料。全世界范围内来看，97%以上的电力是由火力、核能和水力这3者提供的。其中，火力发电使用的是石油、煤炭和天然气等化石燃料。

以美国、日本和法国3个国家为例，其电力来源与二氧化碳排放量的对应关系如左侧图表所示。美国在3国之中火电所占比例最高，约为71%，核电约为19%，水电约为6%。而日本的火力发电则略低，约为66%，核能发电约为24%，水力发电约为7%。另一方面，法国的核能发电所占比例最大，约为78%，火电和水电程度相同，约为10%。

当相同的插电式混合动力汽车在这3个国家中行驶时，火力发电所占比重最高的美国的预计二氧化碳排放量最多。日本次之，而核能发电所占比重最高的法国排放量最小。根据电力来源的不同，电动汽车的环保性能有可能得不到充分发挥。

此外，发电效率也非常重要。日本自动车研究所FC/EV研究部企划/实证组的荻野法一组长说：“同样是火力发电，日本的技术先进，因此发电效率更高。与其他国家相比，可以说日本使用的是环保电力。”

图1. 根据电力来源不同，发挥出的环保性能存在差别

上面饼形图表为美国、日本和法国的电力来源的比例。红色代表火力，天蓝色代表水力，黄色代表核能。柱状图表是插电式混合动力汽车在这3国内行驶时，综合的二氧化碳排放量的计算结果。火力发电所占比例越低（核能和水力发电所占比例越高），二氧化碳总排放量就越少。根据日本丰田汽车的数据（2007年）制成。

环保汽车的“环保”指的是什么？

不仅仅是电动汽车，必须要对环保汽车的“环保”进行综合考虑。例如，从作为一次能源的石油中提炼汽油时、运送提炼出的石油时，所排放出的二氧化碳量以及所使用的能量都是不能忽略的。通过对从最根源的一次能源到汽车行驶的整个过程的展望，才能看到真正的“环保”。

这种思考方式叫做“Well to Wheel”，即从化石燃料的采掘现场（Well：油井），到汽车的行驶（Wheel：轮胎）的整个过程。

以二氧化碳的排放为例，来看一下“Well to Wheel”的过程。现在，汽车所使用的能源几乎都是从石油和天然气等化石燃料中得到的。化石燃料，除了可以制成汽油等，还可直接燃烧用于火力发电。通过这些途径，哪一步排放了二氧化碳应该就很清楚了。

从一次能源到汽车行驶，有没有不排放二氧化碳的途径呢？例如，首先利用自然能源发电，然后利用这些电能将水电解得到氢。然后利用氢使燃料电池车行驶，这种途径就是其中一个答案。另外，利用同样的电能使纯电动汽车行驶的途径也是不排放二氧化碳的。

但是目前看来，使化石燃料的使用量为零，所有的电力来源都转换为自然能源也是不可能的。“虽然如此，汽车不使用化石燃料的时代，也终会到来。必须要不拘泥于从前的汽车形态、引入有效利用电动汽车特性的新型概念车，发挥其高度的环保性能。”纸屋教授说。

图2. “Well to Wheel”的思考方式

流程图表示的是以排放出的二氧化碳为例，考虑到从能源到汽车行驶全过程的“Well to Wheel”。化石燃料、自然能源和生物质是汽车的最根本能源。现在的主要过程是由化石燃料中制取汽油等用在内燃机中。而对环保而言，重要的是要找到不排放二氧化碳，或者排放量很少的途径。利用自然能源发电，从而使电动汽车运行就是其中的一条。由生物质制取乙醇等生物燃料用于汽车的途径，由于二氧化碳的排放量被抵消，正逐渐受到关注。

也有不使用电能的环保汽车

本文对作为新一代汽车中的电动汽车进行了介绍。由于电动汽车所使用的化石燃料很少，因而行驶中的环保效果不容置疑。但是它所占的比例还只是很小一部分。即使是在环保车市场非常火爆的日本，汽油车还是占了一大半。在这种情况下，如果避开对发动机所使用燃料的改善是不可行的。

因此，对具有低碳效果的天然气和氢等替代燃料的引入正在不断进行中。天然气含碳的比例低，而氢则根本不含碳。此外，由植物以及食品废弃物制成的“生物燃料”也逐步受到人们的关注，由于是由吸收二氧化碳的植物制成的，与二氧化碳排放量可以相互抵消。

另一方面，关注欧洲一些国家，我们会发现具有低碳效果的柴油车实际上所占比例约有一半。对于柴油车，人们可能会有一种“排放黑色尾气”的印象。为了解决这一问题，一种具备“排出尾气无害化环保技术”的“清洁柴油车”也正在被开发。

替代燃料的低碳效果怎样？在东方，并不被人熟知的清洁柴油车到底是什么样的呢？以后我们将陆续为您介绍“不使用电能也能环保”的最前沿技术。

（本文发表于《科学世界》2011年第5期）