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有没有可能以可再生燃料作为汽车动力?另辟蹊径的生物质燃料

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、纯电动汽车、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:

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。(当全球汽车更换总量达现有的十亿辆时,发电能力超过三百亿千瓦,闲暇时发电量即可满足全球电力供应,足以完全取代现有电网系统)。

至于燃料供应体系更换,可充分利用现有燃料销售网络,与现有加油站系统合作共赢,作为节油的混合动力汽车车型是兼容汽油、柴油等各种燃料的,可先照常供应汽、柴油,逐步增供工业棕榈油、工业豆油、地沟油、工业蔗糖等无灰烬燃料;过渡到精洗煤炭掺混的生物质颗粒燃料,随能源草产业链发展减少掺混比例。(现在光马来西亚、印尼遗弃的易于收集储运的棕榈壳就达每年六千万吨,生物质来源丰富)。

有些情形可直接推广成型生物质燃料的,如乌克兰地区,土质肥沃而油气进口被俄罗斯掐断,又面临军事威胁,可直接发展能源草种植,估计以黑土闻名于世的当地土壤年亩产十几吨乃至上百吨干草不成问题;在强大军事压力下坦克、装甲车、移动火炮、特种军用车辆等也可采用本技术改装;而且改装后在丛林地带作战则燃料几乎随处可得,并可优先发展全电坦克等先进装备。同样的理由适用于朝鲜、台湾、越南、东欧等地。

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。

我们知道燃料有灰烬不符合当前使用习惯,如果在加油站固体燃料添加流程作业标准中加入草木灰收集作业,应能消除这一习惯影响,并共同构建草木灰肥的回收、出售运输体系,作为钾磷丰富的优质有机肥形成生态循环。另需增加的氮肥生产能力可发展生物质气合成氨、尿素技术(而不使用煤炭)。假如中国每年五亿吨生物质燃料产生三千万吨草木灰计算,等于化肥产量的一半,而且省却了大笔化工建设的费用,而所需考虑的是磷循环缺失的补救,这不是本文讨论的范围了。

更进一步的设想是,占全球陆地面积一半的因缺水而难以开发的旱地,使用能源草进行改良成为有利可图的事情,从而可撬动有史以来最大规模的产业链,使作为经济基础的各国农林业得到空前的巩固和发展,并彻底摆脱当前经济危机。

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。

来源:第一电动网

作者:紫薇圣人

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/49352

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