不烧汽油不充电的汽车

——生物质能混合动力汽车

作者：邹立松

单位：中林金海岸集团有限公司

摘要：介绍了以轻便车载外燃发电机取代串联式混合动力汽车上的内燃发电机、以尾气余热变温变压吸附制氧、生物质燃料纯氧直燃发电的设想；详细对比了此技术在乘用车、重卡上应用后的性能参数及技术经济分析，主张从电动重卡入手推广及可能遇到的问题；提出大量车载发电机取代现有发电厂及供电网系统，结合退化耕地进行生态修复大规模种植能源草，在十几年内彻底取代化石燃料的能源转型之路。

石油、煤炭等化石能源日益枯竭，并引起雾霾、气候变化等巨大环境问题。目前以替代石油燃料为目标的新能源汽车动力技术如：氢能源（燃料电池等）汽车、电动汽车、生物质能源转化为液体替代燃料等，但都面临许多问题。

有没有可能另辟蹊径直接以可再生的燃料作为汽车动力、并像现有汽车一样燃料来源广泛、储运补充方便没有里程焦虑、并消除尾气污染？

研发人员确曾长时间把目光投向兼容各种燃料的外燃机在汽车上的应用，汽车名字中的“汽”字就来自最早的蒸汽机汽车；斯特林机发电效率不亚于内燃机，但自重大、输出扭矩小、暖机时间长等不适合用于直接输出动力的汽车发动机，上世纪九十年代国际上就已有定论。

不过未被注意的是电动汽车出现后，电驱动力系统的高效是公认的，那么外燃机发电系统单纯只作为增程器式电源能否避开这些缺陷，若再辅以小容量蓄电池调蓄电量保证启动、暖机等阶段供电的方案是否可行？实际上外燃机技术经上百年发展也已今非昔比，谨怀抛砖引玉之心与大家共同探讨。

生物质能混合动力的设计：

在串联式混合动力汽车中，车载发电系统一般是汽、柴油发电机，我们稍作改动：1、取下内燃发电机换上轻便高效外燃机发电机组（斯特林机等），可同时兼容汽柴油、工业棕榈油、豆油、蔗糖、精洗煤炭等燃料，及木柴、秸秆等高压制成生物质颗粒燃料。2、加装车载轻型制氧机，利用热量占60%以上白白排放的尾气热量变温变压吸附制高纯度氧气，温差发电片（兼做电子制冷片）辅助变温及利用尾气温差发电。3、纯氧富氧直燃发电，严格尾气净化等环保设计。4、所发电力接入调蓄电池，容量仅保证启动、加速、爬坡、发动机暖机等阶段供电，维持电量平衡，停车或低速行进时发电机系统可给蓄电池充电，取消重量大、造价昂贵的大容量动力电池。如下图示意：

这样的技术虽说简单，却非常可靠而价廉实用，甚至可采用市面上的成熟产品简单组装，如斯特林机选用美国产STM4-120型（现为中国湘电集团出产）；制氧机采用市售成品富氧膜制氧机，简单技术改造即可，利于大规模推广。

制氧机方案两种选择：

一是加装市面上有成熟产品的富氧膜制氧机，尤其负压平板型，重量极轻而价格低廉但氧气纯度较低（30%左右），需消耗一部分电能（每立方0.11度电左右）。

二是新型变温变压制氧设备制供氧气，其原理是利用占总能量60%到70%而白白排放的尾气、冷却液热量变温吸附制氧，吸附剂可分别采用碳分子筛(CMS)：从空气中连续提取氮气，加热时解吸；改性稀土X型沸石：在≤100℃以下吸附氧气，并在≥300℃释放氧气；及钙钛矿陶瓷氧化物混合体：在300～600℃以下开始吸附氧气，并在400～600℃以上开始释放氧气；等等，选择吸附剂进行变温组合设计，并针对吸附剂比热容大、变温速度慢、材料强度低等缺陷采用大量相应设计,（例如电子制冷片辅助变温）；热能不够可增加燃料燃烧量,这样制高纯氧气不再需要额外的电能。

生物质能混合动力汽车性能参数对照：

为便于对比，采用本技术设计或改装的车型在保证使用性能基本不变的情况下，新设计或改装的车型外形基本不变，或暂只考虑做加长处理，而迎风截面基本保持不变，也就是风阻基本不变，风阻造成的能耗基本不变。

我们认为可以从电动重卡率先入手推广，现有电动重卡研发沿用动力电池、充电桩续航的技术路线，为增加续航里程动力电池加大，造成自重大、续航里程短、充电时间长，而一、两百公里的续航里程对长途运输毫无意义，商业化遥遥无期；采用本技术方案的电动重卡虽说整车造价九十万左右远高于二、三十万的燃油重卡，但燃料费用大幅降低，一辆重卡行程达30万公里的话，柴油消耗达100吨约七十万元，烧生物质颗粒燃料费用仅需二十万元，差价五十万，而一般重卡年行程都有十几、二十万公里，多的超过三十、四十万公里，当年或一、两年基本收回成本。以东风集团财务公司开展的融资租赁业务为例，按三十六期计月租三万元左右，月行程两万公里计每月节省的油费三万元以上，还不及当月节省的柴油费用。

因此，我们认为，融资租赁、分期付款、卡车租赁业务应该能够打开电动重卡市场。

大家可能担心现阶段燃料供应体系尚未建立，难以推广；我们认为：生物质颗粒燃料产业已经初具规模，物流公司采购存储于基地仓库不成问题；重卡装载一吨生物质颗粒行程可达一千五百公里，两吨三千公里，足以往返公司基地，既使偶然遇到燃料携带量不足也可到现有加油站去加汽、柴油应急。草木灰是紧俏肥料，可联系农场、园艺场定期运售，这样可以克服燃料供应影响。

而且在这类重卡售出后，每隔三、五百公里（相当于每个省两、三个）建立生物质颗粒供应点不会有困难，实际上很多物流中心停车场均可腾出几个车位贮存供应颗粒燃料，或由生物质颗粒供应商派出移动贮料车开赴各停车场供料，这些都不难做到，可依此为基础逐步建立燃料供应体系。

或者推广开来后会有一段时期生物质颗粒燃料产量不够，部分可暂时用精洗煤炭代替，对于石油这一能源瓶颈被马六甲海峡死死卡住的中国来说，能够以煤代油也是大好事。

车载发电机取代现有电网

至于乘用车推广，既要看到石油即将枯竭及带来的雾霾等严重环保问题、全球联合抑制气侯变化的决心，也要看到现有电动汽车技术路线都是建立在欧美国家电力充足前提下的，而其余一百多个国家电力短缺的瓶颈，例如印度不但电力系统老化不堪重负经常停电，甚至多达四分之一人口的三亿多人完全无电可用，连起码的生活照明、空调用电都无法解决，推广纯电动汽车不容回避的是作为一个巨大的用电器必然要求电力增容，再新增用电容量电网更难承受。按中国推广两亿辆电动乘用车计，至少新增装机容量四亿千瓦，需投资四万亿元，相当于四万亿经济刺激规模。

所以针对广大的缺电少油地区尤其生物质材料来源丰富地区这样的市场，本技术产品既是新能源汽车，而车载发电机兼做可实现热、电、冷联供的分布式能源发电站，灵活弥补大电网不足；装载25千瓦斯特林机的汽车售价30万左右，单位千瓦投资约一万二，仅与生物质发电站相当。而纯氧富氧燃烧技术突破燃烧条件的限制，哪怕刚砍伐的新鲜杂草、树枝等也可作为发电燃料，各类燃料随处可见，并向取代电网过渡。

全球发电机装机容量为六十亿千瓦（包括水电、火电、核电、风电等都在内），当生物质能混合动力汽车推广到两、三亿辆时（相当于美国汽车保有量)，车载平均三十千瓦发电机，总发电能力远超六十亿千瓦；而且旧汽车报废后车载发电机仍可用于发电，发电能力进一步增加；可逐步取代现有发电厂及电网系统，在能源草产业发展起来后即可以能源草取代发电的燃煤。

发展能源草取代化石能源：

在土地资源利用接近极限情况下，能源草种植不能大规模投资开垦新的专用土地，而全球退化、荒芜的耕地总数累计约为二十亿公顷，其种植、运输等条件基本还在，种植适应性极强的能源草（太阳草、巨菌草等）进行生态修复是最佳方案，可迅速恢复地力；且保证施肥量（把能源草燃烧生成的草木灰施回去即可）即可亩产七吨干物质，或二吨油当量燃料；当间作轮种能源草修复的种植量维持每年五亿公顷时，可得到相当于全球能源消耗总量一百五十亿吨油当量的干物质，即可停止石油、煤炭开采。

针对生物质分散、容重低、收割难、不易储运等特点，不能走集中发电的路；现有生物质电厂的秸秆收购价上限在每吨380元左右，否则就会亏本，而实际收购价甚至低至每吨一百元，这点钱连运输的成本都不够，种植户宁愿它烂在地里；收购数量也不稳定而没有保障，专门种植能源草的话种植户就更没有积极性了。又面临单位千瓦投资（11000元左右）远高于火电、并网外输难等种种瓶颈，几乎年年亏本，自然难以发展。

能源草种植在揭示车用（发电）燃料前景后，收购价上涨空间很大，在每吨两千元以内都是合算的，哪怕上浮到每吨五百元甚至就已远超种粮食的收益，需求量极大且稳步增长，一年种植多年收割，种植技术简单省事，又可大规模机械化种植，还能修复退化耕地，必然突破瓶颈；如有各国政策激励则发展将更迅猛。

本设想所涉及各类技术都是现有简单技术组合，商业化模式也很普通，并无难以逾越的瓶颈

虽然纯电动汽车已经确立为包括我国在内的许多国家未来新能源汽车主要发展方向（技术路线），但创新就应该允许、鼓励大胆设想、尝试，许多改变世界的发明一开始都是看起来显得离经叛道、荒诞不经的疯狂设想，没有一个是循规蹈矩、按部就班设计出来的。如果可行的话，这一设想商业化要走的路还很长，但有些事情就得有人先做，希望寻找志同道合的同路人共同推进这一愿景。

（文章来源：CNEV-G）