互动科普

《科学美国人》：我们先来谈一谈有关汽车燃料的问题吧。到2030年，我们将会使用哪些燃料来为汽车提供动力？

赖纳特：到2015年前后，汽油价格应该还会维持在一个相对较低的水平。在我看来，至少在未来5年内，很可能是10年内，搭载常规内燃机的汽车都将继续占据市场主导地位。你会看到6速到8速的自动变速箱（automatic transmission）、无级变速器（continuously variable transmission，CVT）、低损耗润滑油（lubricant），甚至还可能看到用于减小摩擦力的新式陶瓷轴承。我们已经取得了许多中前期研究成果，能够真正推动内燃机性能前进一大步，使它们运转更高效。

如果看得更远一点，在2020年到2025年，你会发现汽油引擎和柴油引擎开始朝着同一个方向发展，两者的结构会越来越相似。到那时，你将目睹乙醇资源枯竭，至少我想应该会的。但是，我们不必担心，因为新的燃料会替代乙醇的位置，那就是生物汽油（biogasoline）及第二代或第三代生物燃料，它们都与老款车型兼容。还有生物质（biomass）燃料，它们可能提取自藻类，也可能提取自人们的生活垃圾，可以用来生产合成汽油（synthetic gasoline）或者合成柴油（synthetic diesel）。到了那时，我们或许还将拥有更先进的电池技术，一种锂电池的替代品可以让汽车完全依靠电力行驶，从而摆脱现在一半用电、一半还得靠汽油（混合动力）的局面。但是，电池行业将仍然存在各种利基市场（niche market）。我想，你将会看到低碳排放的氢气（并非来自天然气）被生产出来，用于新式燃料电池。所以，到那时，道路上会行驶着使用不同类型电池的电动车，这个市场也会在随后几年逐渐变得更加成熟。依赖插座充电的混合动力汽车，以及其他更多种类的混合动力汽车，都将成为这个市场的一部分。市场里会出现很多内燃机式混合动力汽车，接下来燃料电池汽车会进入这个市场。到2030年，拥有内燃机的汽车仍将占有一定的市场，而占市场主导地位的是混合动力汽车，很可能还有种类繁多的电动车和小型电动车，而那个时候，燃料电池汽车的市场份额将开始出现增长。

《科学美国人》：无线通信现在已经无处不在，它的爆发式增长将如何影响汽车行业？

伯恩斯：实现车与车之间的联系是另一项非常重要的改革性技术。现在，我们已经开始着手让汽车与其他汽车进行通信联系。我们正在努力，争取让汽车自动完成越来越多的驾驶任务。在我们的发展规划中，拥有自动起步系统（enabling technology）的自主驾驶汽车，以及装备了自动避撞系统的汽车都将在未来5~10年内问世。

赖纳特：我想谈一谈车辆间通信会如何影响城市交通。在我看来，点对点车辆通信技术并非只在我们遭遇堵车时才发挥关键作用，从社会网络学的角度来看，这种技术对我们也是非常重要的，因为从跨入新千年开始，我们每个人都始终处在某些网络之中。届时，你可以利用周围的汽车里的电脑来完成计算。你不再需要每时每刻带着电脑，因为你的汽车已经成为计算平台的一个部分。

伯恩斯：我有一个18岁的女儿。在我长大成人的时候，我的第一辆车可以算作我成年的标志。而对我的女儿来说，我想这个标志应该是她的第一部手机。现在，她拥有了一部苹果的iPhone，还拥有一辆土星Vue［Saturn Vue，通用公司出品的一款运动型多功能车（SUV）］。我想，如果我问她，你在这两者中必须放弃一样，你会怎么选择时，她多半会放弃汽车，因为如果放弃手机，就意味着放弃了用手机来维系的整个社会网络。所以，你刚刚提及的社会网络相当重要。它是非常强大的一种社会行为规范。如果大街上充斥着本身就缺乏驾驶经验、还总想着收发短信的司机，这个问题就值得我们去关注。我认为，作为技术专家，我们目前已经掌握的新技术完全可以解决这个问题，让年轻人在驾车的同时还可以浏览短信。

赖纳特：一点不错。我们如果不能把这些汽车做成像iPhone一样的社会网络工具，那么，我们就会失去很多比伯恩斯的女儿更年轻的消费者。如果要这些年轻人失去他们的社会网络，他们一定不愿意驾驶汽车。我预测，汽车厂商迟早会跟电脑连通性方面的伙伴合作，帮助我们达到目的。我猜这种合作会催生一个新生事物，满足所有这些要求的新技术都将从中脱颖而出。

《科学美国人》：对目前还处于发展中的很多先进汽车而言，电池是必不可少的。这些电池的性能已经足够优秀了吗？

杜瓦尔：最近一段时间，我们一直在努力提高电池性能，尽可能延长每次充电后电池的工作时间。在开始阶段，汽车制造商将电池视为重中之重，它们付出的代价是略微偏高的车价。随后，成本会被降低，电池也能为汽车提供更好的动力支持。我们已经在混合动力车里看到这一点了，电池技术的进步让混合动力车的单位里程油耗越来越小。

伯恩斯：雪佛兰Volt车型将配备一块容量为16千瓦时的电池，而我们只需要使用其中一半能量来驱动汽车。我们将继续学习和探索，并且肯定能进一步提高。但是，我们不能光是空想，而必须脚踏实地去做。

正常情况下，全球每年将生产约7,000万辆大大小小的汽车。不管这些车都采用哪种电池解决方案，我们都必须要解决大规模生产的问题。然后（指电池性能和成本问题得到解决，并能达到足够产能的时候），我们才能去考虑其他问题。

作为一家汽车制造商，如果你生产的汽车在15万英里（约24万千米）的寿命中，必须更换一两次电池，那你肯定就麻烦大了。我确实相信锂离子电池（lithium-ion battery）技术会不断进步，但我也坚信，我们还需要一些新的发明和技术突破，才能使每千瓦时电池容量的成本降低到我们要求的水平。

我们在化学电池方面业已取得一些突破性进展。从很多方面来看，用于录音笔、手机等小型设备的电池和用于驱动汽车的电池都有着巨大的区别：电池工作的极限温度、不断变化的输出功率需求、给电池持续降温的需求、维持它平稳充电状态等。在所有这些方面，我们都需要找到新的解决方案，因为锂电池的早期应用已经无法直接满足我们的需要。

赖纳特：在一定程度上讲，短期内还是电池寿命长短决定它的应用。所以丰田公司，我想其他汽车生产商也应该一样，将会非常小心谨慎地对待电池循环利用的问题，对待电池电能供给和电能消耗模式的选择，对待电池的实际体积，还要关注维修成本。内燃机汽车的寿命约为15万英里，锂离子电池的耐用性目前还无法达到这一水平。这一局限不仅将阻碍电池供电的汽车进军利基市场、城市汽车，或者装有小型电池的充电式混合动力汽车，而且在更广泛使用中等大小电池的汽车市场，锂电池也无法找到立足之地。

斯特劳贝尔：我觉得或许可以通过另一种方式看待这个问题，即考虑汽车每行驶一英里的单位成本。我们可以讨论电池必须达到的最低耐久性要求，但如果我们考虑了可更换电池组的情况，这个问题就有所不同了。你必须计算让汽车每行驶一英里的单位成本，对于更换电池组的情况，还需要把更换电池的相关成本考虑进去。按照这些指标，我们已经接近，在某些情况下甚至已经跨过了门槛，即使用和保养一辆电动汽车的费用已经低于一辆烧汽油的汽车。当然，油价低于每加仑2美元（约合每升人民币3元）时，不可能出现这样的情况，而在欧洲，绝大部分地区的油价已经高达每加仑3.50~4美元，这时就能看出使用电动汽车的优势了。如果那些国家还出台了相关的政策补贴或者税收优惠，那就更是如此了。

杜瓦尔：许多公用事业公司（指电力公司）大概也都愿意帮助你降低家庭基本支出，因为他们非常希望你在用电低谷时充电。反过来，你也可以加入分时段电费计划，即在不同时段用电按不同标准付费，这样，你只要坚持在用电低谷给汽车充电，就能节约一大笔电费。当然，这也意味着，你不能在每年最热的6个月的下午两点到晚上九点之间给汽车充电。

《科学美国人》：在用电需求低谷时，通过给充电式电动汽车充电来使电网满负荷运行，这可行吗？

杜瓦尔：这正是公用事业公司的利益所在。在短期内，我赞同汽车制造商的观点，即我们必须先开发出相应的用在汽车上的装置，包括可以终生使用的电池。然后我们再来考虑接下去要干的活儿。对我们而言，合理充电（即让电动汽车和电力公司安排一个最低成本的充电时间）在目前还是一个非常困难的目标。

我认为，你很可能会看到电力公司对绝大多数顾客根据不同时段来进行定价，此项举措会使你的家庭在白天高峰时期用电费用更高，夜间的电费则会相对较低。所以，电动汽车充电器和干衣机在凌晨三点自动开始工作，会比在高峰期工作节约大笔开支。如果汽车主人偶尔在白天按下开关，决定马上给汽车充电，他也会因此支付更多电费。当然，这些充电器默认是在用电低谷时工作的。

《科学美国人》：在过去十年中，我们已经听到很多有关燃料电池的讨论。当时的那些设想现在都怎么样了？

杜瓦尔：我要说的是，燃料电池面对的最大挑战或许并非来自汽车本身，而是来自为汽车提供氢燃料的基础设施。一旦这个问题得到解决，我们就可以从化石燃料中提取氢气，也可以通过电解水来收集氢气。与电动汽车相比，如果我们选择电解水来获取氢气，电能的利用效率更低。而且建设相应的基础设施的成本也更加昂贵。

所以我认为，如果有人现在要重新设计美国的能源网络，设计者可以比较容易地把氢燃料的使用加入其中。他可能会设置很多与氢燃料相关的基础设施，比如先进的电解水装置。但是现在，除非氢燃料汽车在能效方面发生天翻地覆的变化，否则电能作为一种汽车燃料，可以在能效方面轻松击败氢燃料。而且氢燃料也还是要利用电能来获取的。

斯特劳贝尔：我可以非常肯定地说，在任何一个时间段，那些燃料电池想要在市场中成为主导都还需要很艰苦的努力。我认为与燃料循环利用能效相关的物理过程，将成为我们必须面对的最棘手问题之一。长期来看，我不认为燃料电池会是解决问题的圣杯。

赖纳特：但是现在，戴姆勒（Daimler）、通用、本田（Honda）和丰田等汽车制造商都在燃料电池方面取得了长足进步，现在只等燃料电池相关基础设施的建设。到2025年左右，这些基础设施应该就会开始发挥作用。到那时，我想你在公路两旁可以看到更多的氢燃料补给站。这样一来，我们现在非常关注的问题——加满燃料能否让汽车连续行驶400英里（约640千米），就显得不那么重要了，因为补充燃料会非常方便，你可以每天加一次燃料（甚至每半天加一次），就像Zipcars（参见环球科学小词典）提供的随取即用服务一样便利。

《科学美国人》：汽车的燃料能效、废气排放以及安全性能现在都有相关标准。你们认为今后这些方面应该怎么规范呢？

斯特劳贝尔：我们应该出台一些政策，鼓励那些有利可图的项目，使它们能够得到更大规模发展。如果我们政策鼓励的项目20年内都无法获得经济利益，这些政策就是没有意义的。它们在降低二氧化碳排放、能源安全以及其他方面不会取得任何积极效果。

伯恩斯：（在各式各样的未来交通工具中）非要挑出一个冠军来，我对此非常担心，因为这会诱导政策制定者否决掉很多可能的选择。在我看来，现在就开始淘汰某些候选者还为时尚早。我们正在进行一些非常有意义的工作，但这些工作不是单选题，比如从蓄电池、燃料电池和生物燃料中选出一个来。我们要做的其实是多选题。如果让它们一起发展会怎么样？无论是电能，还是可再生能源，抑或是氢能，都无法只靠自己的力量来取代我们现在每天都在谈论的石油和二氧化碳。我们不能放弃任何一个，应该把它们联合起来，看看世界会朝着哪个方向发展。

只有当我们可以大规模使用一项技术的时候，它才会发挥作用。因为如果仅仅是出售一些针对利基市场的特殊产品，你不可能对能源、环境、安全以及交通拥堵产生任何影响。我只看到很多管理者、政治家以及其他人都加入了这场辩论，但他们还没有弄清楚什么是一项技术要达到大规模商业化所必需的。

杜瓦尔：在采用那些试图创造一种万能技术的非常昂贵的替代产品之前，我们必须非常谨慎。我们要尽量避开那些所谓的“万灵丹”——因为事实通常会证明，这些东西价格更贵，成功的机会更少。