互动科普

改进车辆制造技术、缩小车辆尺寸、开发不同的燃料、改变行车方式……各种选择方案不可或缺，节能环保型的未来交通将大有作为。

如果我们足够诚实，那么大多数人都会承认，我们喜爱便捷的交通运输系统——它可以让我们随心所欲地出行：可以独自一人，也可以和家人、朋友一道，还可以带着行李，去我们想去的任何地方，就像去邻居家串门一样方便。这个交通运输网运送着我们的货物，维系着我们的生活。为何我们还要去操心它的未来，尤其是担心保持交通正常运转的能源，会如何影响我们的环境呢？

原因就在于交通运输系统的规模，及表面上看起来不可阻挡的发展趋势。它们所消耗的石油燃料（汽油和柴油）的规模难以想象。在燃烧过程中，这些燃料中的碳被氧化为温室气体二氧化碳，而这种燃料的大规模使用，也意味着进入大气层的二氧化碳为数巨大。交通运输系统的温室气体排放量，占全球温室气体排放量的25％。随着发展中国家机动车数量的迅速增加，全球对燃料的需求量也将日益增长，成为控制大气温室气体浓度的最大挑战之一。目前，美国全国的轻型车辆（light-duty vehicle，即轿车、皮卡车、SUV、面包车和小货车）每年汽油消耗量高达1,500亿加仑（5,500亿升），即每人每天消耗1.3加仑汽油。如果其余国家都按美国每日人均消耗水平来消耗汽油，那么全球汽油消耗量将在现有基础上增加差不多10倍。

当我们展望未来，要想建立一个更好的、可持续发展的、成本又能为人们接受的交通运输系统，我们能有些什么选择呢？

目前的可选方案

我们有若干方案，可以实质性地改变交通运输系统的能源使用现状：改进或改变车辆制造技术、改变车辆使用方式、缩小车辆尺寸、使用不同的燃料。为了大幅度减少能耗和温室气体排放量，我们将不得不多管齐下，同时采用上述的所有方案。

在检验这些可选方案时，我们必须牢记交通运输系统的某些现状。首先，现有系统很适合发达国家，它经历了数十年的发展形成阶段，比较好地平衡了用户需求与经济成本（economic cost）之间的关系；其次，这一庞大的最佳系统完全依赖于一种便利的能源——石油，并已发展出一些成熟技术——适用于陆地交通的内燃机和适用于空中运输的喷气式发动机（燃气轮机）——让交通工具的运行，与这种高能量密度的液体燃料良好地匹配在一起。最后，这些交通工具经过长期使用，具有较高的安全适用性。因而，迅速改变现状无疑具有双重困难。要想限制并进而减少交通运输能源带来的局部性和全球性冲击，将要历时数十年。

我们还必须牢记能效比率（efficiency ratings）可能会给人们带来的误导——其实，实际行驶中的油耗最为重要。现在的火花点火汽油机（gasoline spark-ignition engine）在城市行驶时的效率约为20％，在最佳行驶情况下的效率则为35％。但是，在许多短途行驶中，发动机和传动装置根本就来不及热身，再加上寒冷气候和肆意行驶“助纣为虐”，耗油量便大大增加。此外，消耗在发动机空转上的大量时间和损耗在传动装置上的能量，也大大增加了燃油的消耗。现实世界中，这些与驾驶有关的现象降低了发动机的平均效率，以至于实际用于驱动车轮的能量，大约仅占存贮在油箱中的化学能的10％。艾默里·洛文斯（Amory Lovins）是轻型高效运输工具的一位积极提倡者，他就此作了这样的评论：对于一台效率为10％的车辆来说，一位乘客加上行李（即有效载荷）的净重约为140千克，占该车重量的10％左右，因此——“真正用于运输有效载荷的能量，仅占该车油箱燃油能量的1％”。

在我们的决算中，燃油的生产和分配，车辆在其使用年限内行驶的15万英里（约24万千米）和车辆的制造、维修和处置都必须被考虑在内。车辆营运的这3个阶段，常常被称为“油井到油箱”（well-to-tank，这一阶段在车辆一生的总能源使用量和温室气体排放量中，约占15％）、“油箱到车轮”（tank-to-wheels，占75％）和“出厂到报废”（cradle-to-grave，占10％）。令人吃惊的是，生产燃油和车辆所需的能量所占比重不可小觑。当我们考虑一些非石油类燃料和一些新型车辆技术的时候，这种车辆生命周期的决算就显得格外重要。就总体情况而言，问题的关键在于能源使用量和温室气体排放量。

在现有轻型车辆技术的改进方面，我们能做很多事情。在提高发动机和传动装置效率、减少车体重量、改进轮胎和减少空气阻力上增加投资，在今后大约20年内，我们就能将油耗降低约1/3，即平均每年降低1％~2％（这种降低油耗的改进，会使每辆车价格提高500美元~1,000美元；按未来可能的油价计算，这一提价不会增加车主在车辆的使用寿命中付出的总开销）。过去25年来，这些方面的改进一直在稳步进行，但是我们却购买了更大、更重、更快的轿车和轻型卡车（light truck），使我们在这些方面的进步化于无形。虽然这种情况在美国最为明显，但在世界其他地区，换用体积更大、功率更高的车辆的趋势也一直存在。我们需要寻找一些方法来刺激购车者，鼓励他们选用那些能减少耗油量和温室气体排放量的车辆，以实际行动来节约燃料、控制排放。

就近期而言，如果车身的重量和体积能够减少，如果购车者和车辆制造商都能摆脱不断提高马力和性能的老路，那么我们就能减缓发达国家石油需求的增长速度，在15年到20年内，将石油需求量的增幅控制在20％左右，并让它缓慢下降。这一规划看起来有些保守，然而，同美国石油消耗量每年大约稳步增长2％的现状相比，这是一条完全不同的发展道路，实现起来也颇具挑战性。

从较长远的观点来看，我们还有许多其他方案可以选择：开发一些替代燃料，至少可以取代部分石油；采用新型推进系统，将氢和电作为交通运输的动力来源；在小型轻型车辆的设计方面进一步加大力度，同时更加积极主动地鼓励人们接受它们。

除非替代燃料能与现有的燃油分配系统相适应，否则这种替代燃料方案很可能难以实施。此外，我们现在通行的燃料都是一些高能量密度的液体燃料：低能量密度燃料如果不配备更大的燃料箱，那么就只能缩短行驶里程，达不到今天一箱油可行驶400英里（约合640千米）的一般标准。以这种判断标准，有一种替代燃料表现突出，这就是非传统石油型燃料（油砂或焦油砂、重油、油页岩和煤）。然而，要从这些原料中榨出“油”来，就必须消耗大量其他形式的能源，例如天然气和电力。这些加工过程也将排放大量温室气体，还会对环境产生其他影响。此外，这类加工处理还需要巨额资本投入。尽管非传统石油能源会带来更广泛的环境影响，不过这类能源已经开始得到开发利用。据预计，在今后20年内，它们将提供大约10％的交通运输燃料。

类似乙醇和生物柴油（biodiesel）那样的生物质燃料也已经投入生产。人们通常认为，这些燃料在产生数量相同的能量时，释放的二氧化碳会比石油燃料更少。在巴西，用甘蔗制造的乙醇占交通运输燃料的40％左右。在美国，大约20％的玉米作物被转化为乙醇，大多数这类乙醇按1∶10的比例掺入汽油，配制成所谓的新配方汽油（清洁燃烧汽油）。这类燃料目前在美国交通运输燃料中所占比例为2％。美国最近通过的国家能源政策法案计划，到2012年时，要将乙醇产量在现有基础上再翻一番。但是，目前用玉米生产乙醇所消耗的肥料、水、天然气和电力，必须大幅度降低。用纤维素生物质（cellulosic biomass，指通常无法食用的植物残渣和废料）生产乙醇可能更为有效，并能降低温室气体排放量。虽然这种做法有可能很快实现，但它仍然不是一种切实可行的商业化生产工艺。生物柴油可用各种农作物（油菜籽、向日葵、大豆油）和废弃的动物脂肪来制造。目前这类生物柴油已经开始少量生产，成品被掺入标准柴油燃料中混合使用。

未来交通：清洁与便捷的交响

翻译 詹浩

改进车辆制造技术、缩小车辆尺寸、开发不同的燃料、改变行车方式……各种选择方案不可或缺，节能环保型的未来交通将大有作为。

如果我们足够诚实，那么大多数人都会承认，我们喜爱便捷的交通运输系统——它可以让我们随心所欲地出行：可以独自一人，也可以和家人、朋友一道，还可以带着行李，去我们想去的任何地方，就像去邻居家串门一样方便。这个交通运输网运送着我们的货物，维系着我们的生活。为何我们还要去操心它的未来，尤其是担心保持交通正常运转的能源，会如何影响我们的环境呢？

原因就在于交通运输系统的规模，及表面上看起来不可阻挡的发展趋势。它们所消耗的石油燃料（汽油和柴油）的规模难以想象。在燃烧过程中，这些燃料中的碳被氧化为温室气体二氧化碳，而这种燃料的大规模使用，也意味着进入大气层的二氧化碳为数巨大。交通运输系统的温室气体排放量，占全球温室气体排放量的25％。随着发展中国家机动车数量的迅速增加，全球对燃料的需求量也将日益增长，成为控制大气温室气体浓度的最大挑战之一。目前，美国全国的轻型车辆（light-duty vehicle，即轿车、皮卡车、SUV、面包车和小货车）每年汽油消耗量高达1,500亿加仑（5,500亿升），即每人每天消耗1.3加仑汽油。如果其余国家都按美国每日人均消耗水平来消耗汽油，那么全球汽油消耗量将在现有基础上增加差不多10倍。

当我们展望未来，要想建立一个更好的、可持续发展的、成本又能为人们接受的交通运输系统，我们能有些什么选择呢？

目前的可选方案

我们有若干方案，可以实质性地改变交通运输系统的能源使用现状：改进或改变车辆制造技术、改变车辆使用方式、缩小车辆尺寸、使用不同的燃料。为了大幅度减少能耗和温室气体排放量，我们将不得不多管齐下，同时采用上述的所有方案。

在检验这些可选方案时，我们必须牢记交通运输系统的某些现状。首先，现有系统很适合发达国家，它经历了数十年的发展形成阶段，比较好地平衡了用户需求与经济成本（economic cost）之间的关系；其次，这一庞大的最佳系统完全依赖于一种便利的能源——石油，并已发展出一些成熟技术——适用于陆地交通的内燃机和适用于空中运输的喷气式发动机（燃气轮机）——让交通工具的运行，与这种高能量密度的液体燃料良好地匹配在一起。最后，这些交通工具经过长期使用，具有较高的安全适用性。因而，迅速改变现状无疑具有双重困难。要想限制并进而减少交通运输能源带来的局部性和全球性冲击，将要历时数十年。

我们还必须牢记能效比率（efficiency ratings）可能会给人们带来的误导——其实，实际行驶中的油耗最为重要。现在的火花点火汽油机（gasoline spark-ignition engine）在城市行驶时的效率约为20％，在最佳行驶情况下的效率则为35％。但是，在许多短途行驶中，发动机和传动装置根本就来不及热身，再加上寒冷气候和肆意行驶“助纣为虐”，耗油量便大大增加。此外，消耗在发动机空转上的大量时间和损耗在传动装置上的能量，也大大增加了燃油的消耗。现实世界中，这些与驾驶有关的现象降低了发动机的平均效率，以至于实际用于驱动车轮的能量，大约仅占存贮在油箱中的化学能的10％。艾默里·洛文斯（Amory Lovins）是轻型高效运输工具的一位积极提倡者，他就此作了这样的评论：对于一台效率为10％的车辆来说，一位乘客加上行李（即有效载荷）的净重约为140千克，占该车重量的10％左右，因此——“真正用于运输有效载荷的能量，仅占该车油箱燃油能量的1％”。

在我们的决算中，燃油的生产和分配，车辆在其使用年限内行驶的15万英里（约24万千米）和车辆的制造、维修和处置都必须被考虑在内。车辆营运的这3个阶段，常常被称为“油井到油箱”（well-to-tank，这一阶段在车辆一生的总能源使用量和温室气体排放量中，约占15％）、“油箱到车轮”（tank-to-wheels，占75％）和“出厂到报废”（cradle-to-grave，占10％）。令人吃惊的是，生产燃油和车辆所需的能量所占比重不可小觑。当我们考虑一些非石油类燃料和一些新型车辆技术的时候，这种车辆生命周期的决算就显得格外重要。就总体情况而言，问题的关键在于能源使用量和温室气体排放量。

在现有轻型车辆技术的改进方面，我们能做很多事情。在提高发动机和传动装置效率、减少车体重量、改进轮胎和减少空气阻力上增加投资，在今后大约20年内，我们就能将油耗降低约1/3，即平均每年降低1％~2％（这种降低油耗的改进，会使每辆车价格提高500美元~1,000美元；按未来可能的油价计算，这一提价不会增加车主在车辆的使用寿命中付出的总开销）。过去25年来，这些方面的改进一直在稳步进行，但是我们却购买了更大、更重、更快的轿车和轻型卡车（light truck），使我们在这些方面的进步化于无形。虽然这种情况在美国最为明显，但在世界其他地区，换用体积更大、功率更高的车辆的趋势也一直存在。我们需要寻找一些方法来刺激购车者，鼓励他们选用那些能减少耗油量和温室气体排放量的车辆，以实际行动来节约燃料、控制排放。

就近期而言，如果车身的重量和体积能够减少，如果购车者和车辆制造商都能摆脱不断提高马力和性能的老路，那么我们就能减缓发达国家石油需求的增长速度，在15年到20年内，将石油需求量的增幅控制在20％左右，并让它缓慢下降。这一规划看起来有些保守，然而，同美国石油消耗量每年大约稳步增长2％的现状相比，这是一条完全不同的发展道路，实现起来也颇具挑战性。

从较长远的观点来看，我们还有许多其他方案可以选择：开发一些替代燃料，至少可以取代部分石油；采用新型推进系统，将氢和电作为交通运输的动力来源；在小型轻型车辆的设计方面进一步加大力度，同时更加积极主动地鼓励人们接受它们。

除非替代燃料能与现有的燃油分配系统相适应，否则这种替代燃料方案很可能难以实施。此外，我们现在通行的燃料都是一些高能量密度的液体燃料：低能量密度燃料如果不配备更大的燃料箱，那么就只能缩短行驶里程，达不到今天一箱油可行驶400英里（约合640千米）的一般标准。以这种判断标准，有一种替代燃料表现突出，这就是非传统石油型燃料（油砂或焦油砂、重油、油页岩和煤）。然而，要从这些原料中榨出“油”来，就必须消耗大量其他形式的能源，例如天然气和电力。这些加工过程也将排放大量温室气体，还会对环境产生其他影响。此外，这类加工处理还需要巨额资本投入。尽管非传统石油能源会带来更广泛的环境影响，不过这类能源已经开始得到开发利用。据预计，在今后20年内，它们将提供大约10％的交通运输燃料。

类似乙醇和生物柴油（biodiesel）那样的生物质燃料也已经投入生产。人们通常认为，这些燃料在产生数量相同的能量时，释放的二氧化碳会比石油燃料更少。在巴西，用甘蔗制造的乙醇占交通运输燃料的40％左右。在美国，大约20％的玉米作物被转化为乙醇，大多数这类乙醇按1∶10的比例掺入汽油，配制成所谓的新配方汽油（清洁燃烧汽油）。这类燃料目前在美国交通运输燃料中所占比例为2％。美国最近通过的国家能源政策法案计划，到2012年时，要将乙醇产量在现有基础上再翻一番。但是，目前用玉米生产乙醇所消耗的肥料、水、天然气和电力，必须大幅度降低。用纤维素生物质（cellulosic biomass，指通常无法食用的植物残渣和废料）生产乙醇可能更为有效，并能降低温室气体排放量。虽然这种做法有可能很快实现，但它仍然不是一种切实可行的商业化生产工艺。生物柴油可用各种农作物（油菜籽、向日葵、大豆油）和废弃的动物脂肪来制造。目前这类生物柴油已经开始少量生产，成品被掺入标准柴油燃料中混合使用。

世界各国在交通运输方面的天然气使用量各有不同，总体来说还不足1％，但在少数因实施税收政策而使得使用天然气更为便宜的国家，天然气为交通运输提供能量的比例则高达10％～15％。20世纪90年代，天然气涌入美国城市公共汽车系统，实现了较低的排放量，现在，配备了高效排气净化系统的柴油发动机，正在成为一种更为廉价的选择。

在新型推进技术方面，又会出现哪些进展呢？汽油发动机的重大改进（例如使用一种直接燃油喷射的涡轮增压器）、效率大为提高的传动装置、在排气系统中添加催化剂和颗粒收集装置的低排量柴油机，这些创新技术都很有可能实现。此外，燃料燃烧方式的一些创新方法也有可能成为现实。刚刚问世的复合动力车已经上路，产量在不断增长。这种汽车同时配备了小型汽油机和电池驱动电动机，可以大大减少在城市行驶时的耗油量。不过复合动力车也有不足之处：在以公路车速正常行驶时（在美国路况良好的条件下，车速每小时不低于20英里），复合动力带来的靠电力驱动的优势并不明显，它的售价也要高出数千美元。

科研人员正在研究一些更加大胆的推进系统和燃料，尤其是那些具有潜力、可以大大降低车辆一生中二氧化碳排放量的系统和燃料。一些组织正在研发氢动力燃料电池车——这种汽车与复合动力车类似，另外配备了电池和电动机，可使车辆效率提高一倍。不过这些汽车在使用过程中带来的好处，会因为制造和分配氢能源的过程中消耗的能量和产生的碳排放，而被抵消过半。如果能通过低碳排放工艺来生产氢，并能建立一种切实可行的分配系统，那么就有可能降低温室气体排放量。但是，要让以氢为基础的交通运输系统变成现实并普及，可能还需要数十年时间，而且必须在技术上取得一些突破。

当然，氢只是一种能量载体，算不上真正的能源。电是另外一种能够提供能量，而不会释放二氧化碳的能量载体，许多研究小组正在寻找它在交通运输系统中的用途。主要的挑战来自电池——我们必须生产出一种费用适中、储电充足、可以维持合理行驶里程的电池。较长的电池充电时间是一大技术屏障——我们习惯于4分钟内加满一个20加仑的油箱，但给电池充电却不得不等上好几个小时。充电式复合动力车则是绕过电力车辆行驶里程限制的一条途径，该车拥有一台小型车载发动机，需要时可随时给电池充电，因此它使用的大部分能量来自电能，仅有一部分来自发动机燃料。这种充电式复合动力车技术，在市场上是否具有广泛的吸引力，我们将拭目以待。

除了采用改进的推进系统之外，换用更轻的材料和不同的车身结构，在不缩小汽车外部尺寸的前提下，也能减少车重并改善油耗。但显而易见的是，融更轻的材料与更小的尺寸于一体，效果将会更好。将来，我们使用车辆的方法，也许完全不同于我们今天对“通用车辆”（general purpose vehicle）的期望。在将来，专为城市行驶设计一种汽车可能是切实可行的。例如，德国大众汽车公司有一种小型双座概念原型车，重640磅(290千克)，每行驶100千米耗油1升(每加仑油可行驶约240英里/386千米——现在美国一般轻型车每行驶100千米耗油10升，即每加仑油行驶不到25英里/40千米)。有些人提出，缩小汽车外部尺寸会降低安全性，但是我们可将这类问题带来的影响减至最小。

加速改进

更先进的技术无疑将提高燃油效率。在发达国家，为了抵消预期的汽车数量增加，会采用相当多的改进技术。几乎可以肯定，油价在今后十几年里会持续上涨，这将促使消费者改变他们购买和使用车辆的方式。但单靠市场力量，还不大可能遏制我们对石油使用量日益增长的需求。

这些未来的技术改进，能够在减少燃料使用量方面带来好处。为了将这些好处落到实处，我们必须实施一揽子的政策候选方案，在其中纳入财政和规章制度。行之有效的政策中，应该包括一种“赏罚并举”的综合税制方案，即消费者购买大型耗油车辆时，需要支付一笔额外费用，但是如果购买小型节油型汽车，就能得到奖励。这种赏罚并举的政策能与更严格的公司平均燃油经济性标准（Corporate Average Fuel Economy，CAFE）很好地结合起来——换句话说，就是能与一些要求汽车制造商生产耗油量更低的车辆的规章很好地结合起来。在这个一揽子方案的基础上，再加上提高燃油税，就可进一步引导人们去购买节油型汽车。此外，税收激励机制还能刺激生产设施更快地更新换代，以适应最新的工艺技术。要保持我们的交通运输系统的步伐不断向前迈进，以上所有措施都将必不可少。