지난 세기 말부터 세계 각국과 주요 자동차 회사, 국내 주요 과학연구기관과 고교들이 청정 에너지 절약 자동차 개발에 주력해 새로운 에너지 자동차가 장족의 발전을 이루었다. 휘발유와 디젤은 전통 내연 기관 자동차의 에너지원으로, 다른 에너지를 이용하여 증기 동력을 공급하는 자동차는 모두 새로운 에너지 자동차라고 부를 수 있다. 현재 개발 중인 새로운 에너지로는 천연가스, 액화석유가스, 알코올, 디메틸 에테르, 수소, 합성연료, 바이오가스, 공기, 충전연료 배터리가 있다.
새로운 에너지 자동차 기술의 발전 개요를 소개하고 그 발전 전망에 대해 몇 가지 견해를 제시하였다.
1 신 에너지 자동차의 유형과 특성
1..1천연가스 자동차 및 액화석유가스 자동차
천연가스 자동차는' 블루파워' 자동차라고도 하며 주로 압축 천연가스 (CNG), 액화천연가스 (LNG), 흡착천연가스 (ANG) 를 연료로 사용하며, 흔히 압축 천연가스 자동차 (CNGV) 가 있다. 액화석유가스 자동차는 액화석유가스를 연료로 사용한다. CNG 와 LPG 는 이상적인 점화 엔진 연료로, 단일 성분, 순도가 높고, 공기와의 혼합이 균일하고, 연소가 완전하며, CO 와 미세먼지 배출이 낮고, 연소 온도가 낮기 때문에 질소산소화합물 배출이 적고, 희박연소 특성이 좋고, 저온기동과 저온운행 성능이 좋다는 장점이 있다. 단점은 저장 및 운송 성능이 액체 연료보다 나쁘고, 엔진 용적 효율이 낮고, 점화 지연 기간이 길다는 것이다. 이 두 가지 유형의 차량은 대부분 이중 연료 시스템, 즉 휘발유나 디젤 연료 시스템과 압축 천연가스나 액화석유가스 시스템을 사용한다. 차량은 어느 시스템에서든 구동할 수 있으며 한 시스템에서 다른 시스템으로 쉽게 변환할 수 있습니다. 콘민스와 미국 에너지부는' 고급 왕복엔진 시스템 (ARES)' 이라는 차세대 천연가스 엔진을 개발하기 위해 협력하고 있다. 개발 목표에 따르면 엔진 열효율은 50% (열병합 발전 80% 이상), 질소산소화합물 배출은 0. 1g/km 미만, 제조비용은 400450 달러 /kW, 유지비용은 0.065438 달러+0//
1.2 알코올 자동차
알코올 자동차는 메탄올, 에탄올 등 알코올 물질을 연료로 하는 자동차이다. 에탄올은 용도가 광범위하고, 출처가 광범위하며, 제비 기술이 성숙하다. 섬유소 원료를 이용하여 에탄올을 생산하는 최신 기술로는 거의 모든 농림폐기물, 도시생활 유기폐기물, 산업유기폐기물이 있다. 현재 알코올 자동차는 에탄올, 휘발유, 디젤의 비율을 임의로 혼합한 유연한 연료 구동을 많이 채택하고 있어 엔진을 개조할 필요가 없고 에너지 절약과 배출 감소 효과도 좋다. 그러나 휘발유나 디젤과 동등한 전력을 얻기 위해서는 연료 분사량을 늘려야 한다. 알코올 혼합비가 15%-20% 보다 크면 엔진의 압축비와 점화 전진 각도를 변경해야 합니다. 에탄올 연료 이론은 공연비가 낮고, 엔진 흡기 시스템에 대한 요구가 낮고, 자연 발화 성능이 떨어지고, 옥탄가가 높고, 내폭성이 높고, 휘발성이 좋고, 혼합가스 분포가 균일하고, 열효율이 높으며, 자동차 배기가스 오염이 30% 이상 감소할 수 있다. 이런 자동차는 원래 포드가 1980 년대 중반에 개발한 것이다. 2003 년 말 현재 미국에는 230 만 대 이상의 에탄올 자동차가 있는데, 그 중 대부분은 다지와 크라이슬러 밴이다. 2003 년 233,466 대가 팔렸다.
1.3 수소 연료 자동차
수소는 일종의 청정 연료이다. 수소를 연료로 사용하는 전통적인 스파크 점화 엔진은 조금만 수정하면 된다. 그것의 연소 효율은 휘발유보다 높으며, 혼합가스는 크게 희석되어 연료를 절약하는 데 도움이 된다. 수소도 다른 연료 (예: CNG) 에 첨가해 효율을 높이고 NO2 배출을 줄일 수 있다. 수소의 질량 에너지 밀도는 모든 연료 중에서 가장 높지만 부피 에너지 밀도가 가장 낮으며, 그 사용에 가장 큰 장애물은 저장과 안전이다. BMW 는 줄곧 수소 엔진의 연구 개발에 힘쓰고 있으며, 다양한 수소 엔진 자동차를 개발하였다. V 12 수소 엔진을 탑재한 7 계 자동차는 세계 최초의 수소 엔진으로 수소와 휘발유를 동시에 사용할 수 있다.
1.4 DME 자동차
디메틸 에테르 (DME) 는 우수한 연소 성능, 청결성, 높은 세탄가, 우수한 동적 성능 및 작은 오염을 가진 무색 무취 가스입니다. 약간의 압력이 가해질 때 액체로, 압연식 엔진의 대체 에너지로 매우 적합하다. 이런 연료를 사용하는 차량은 캘리포니아의 초저배출 기준을 충족시킬 수 있다. 일본 NKK 는 저질 석탄이 디메틸 에테르를 생산하는 설비를 개발하는 데 성공했고, 주우금속공업사와 함께 1998 에서 이갑을 자동차 연료로 사용하는 실험을 마쳤다. 이갑차 (DMEV) 는 흑가스오염 환경을 배출하지 않아 디젤보다 20% 적은 NOX 를 생산한다.
1.5 공압차
압축 공기, 액체 공기, 액체 질소 등을 사용하는 자동차. 매체로서 흡열과 팽창을 통해 구동 에너지를 제공하는 것을 공압자동차라고 합니다. 공압엔진은 연소나 기타 화학반응이 없고, 공기나 질소를 배출하고, 오염물 복사가 없어 실제로 제로 오염을 이루었다. 현재 압축 공기동력 자동차 (APV) 는 기존 내연 기관차와 유사하게 작동하지만 피스톤 연결기구를 구동하는 에너지는 고압 공기로부터 나온다. APV 미디어 소스는 편리하고 깨끗하며, 사회기반시설 건설 비용이 높지 않아 쉽게 건설할 수 있다. 연료가 없는 연소 과정은 엔진 재료에 대한 요구가 낮고 구조가 간단하여 기존 내연 기관 기술을 참고할 수 있어 연구 개발 주기가 짧고 설계 제조가 쉽다. 그러나 현재 APV 의 에너지 밀도와 에너지 변환율은 아직 높지 않아 마일리지가 짧다. 199 1 년, 프랑스 엔지니어 가이 네그레이가 압축 공기동력 엔진 특허를 획득하고 MDI 에 입사했습니다. 2000 년, MDI 는' evolution' 이라는 APV 를 출시했는데, 질량은 700kg 에 불과했고, 엔진 질량은 35kg 에 불과했고, 시속 120km/h/h 로 압축공기 주행 속도 2000KM 을 한 번에 가득 채웠다. 팽창 비용은 0.30 달러에 불과하며 시내에서 약 10h 를 주행할 수 있으며 압축 공기역에서 2 분 동안 공기펌프로 3 시간 만에 완성할 수 있습니다.
1.6 전기 자동차
세계 최초의 전기 자동차는 미국인들이 1990 년대에 제조한 것이다. 전기자동차는 대략 배터리 전기자동차 (BEV), 연료전지 전기자동차 (FCEV) 및 하이브리드 전기자동차 (HEV) 로 나눌 수 있다. 전기자동차의 공통된 특징 중 하나는 모터를 통해 전기 구동에 전적으로 또는 부분적으로 의존하여 저배출 및 제로 배출을 실현할 수 있다는 것이다.
배터리 전동차는 가장 오래된 전동차이다. 납산 배터리를 사용하는 차량의 동력과 속주행 거리는 기존 내연 기관차와 큰 차이가 있어 고성능 니켈 수소 전지나 리튬 배터리를 사용하면 비용이 크게 증가할 수 있다. 하지만 JtBEV 는 충전시간과 그에 상응하는 충전장치가 필요하기 때문에 이용이 제한됩니다. 연료 전지는 거의 65% 의 에너지 활용도를 가지고 있으며 제로 배출과 저소음을 실현할 수 있다. 외국에서 새로 개발된 고성능 연료 전지는 이미 전통적인 내연 기관 자동차와 거의 동일한 동력 성능을 실현하여 발전 전망을 가지고 있지만, 비용은 산업화를 제한하는 병목이다. 캐나다에서 실시한 시범실험에 따르면 연료를 동력으로 하는 자동차 제조 비용은 654 만 38+20 만 캐나다 달러이고 디젤 엔진을 동력으로 하는 자동차 제조 비용은 27 만 5000 캐나다 달러에 불과하다.
하이브리드 자동차는 전통적인 내연 기관 자동차와 전기 자동차의 장점을 결합하여 단점을 극복했다. 최근 몇 년 동안 그들은 빠른 발전을 이루었고 산업화와 상업화를 실현했다. 프리우스와 INSIGHT 하이브리드 자동차의 성공은 하이브리드 기술의 매력과 엄청난 시장 잠재력을 보여준다.
1.7 식물성 기름을 사용하는 자동차
과학자들은 석유를 대체할 수 있는 새로운 에너지를 찾기 위해 식물성 기름에 눈을 돌리고 콩기름, 옥수수유, 해바라기유 등 식물성 기름을 원료로 내연 기관유를 개발하고 있다. 과학자들은 여전히 바이오 디젤을 연구하고 있는데, 이것은 식물성 기름 기반 연료로, 미래에는 트럭과 선박 디젤의 대안으로 사용될 수 있다. 바이오 디젤은 황이 함유되어 있지 않기 때문에 환경에 산성비의 위협을 초래하지 않는다. 바이오디젤을 생산하기 위해 화학자들은 식물성 기름을 에스테르화하여 메틸 화합물로 전환하고 있는데, 이 화합물은 연소가 더 깨끗하고 엔진에 남아 있는 것이 적다.
2 중국의 새로운 에너지 자동차 개발
중국은 천연가스 자원이 풍부하고 분포가 넓다. 하이난, 베이징, 상하이, 충칭 등의 성시는 가스자동차 국가 중점 시범도시로 등재되었다. 압축 천연가스 자동차와 액화석유가스 자동차는 각지에서 연료 자동차를 기초로 개발되고 개조되어 주로 택시, 버스, 대형 차량, 공사 시설에 쓰인다. 폭스바겐 R&D 제달LPG, 상해교대 R&D LPG 승용차, 신보버스와 공동으로 LPG 도시버스 리모델링, 베이징 R&D CNG 도시버스.
산서성은 석탄을 생산하는 큰 성이다. 메탄올 자동차 프로젝트는 이미 여러 해 동안 진행되어 왔으며, 지금은 상업화 운영 단계에 이르렀다. 사용 된 메탄올 자동차는 메탄올과 가솔린, 에탄올을 유산소 연료로 사용할 수있는 유연한 연료 시스템을 사용합니다. 현재 허베이 흑룡강에서 보급하고 있습니다. 동시에, 국가는 에탄올 휘발유 연료 관련 기준을 제정했다. 중국 운강 자동차 회사 대동 자동차 공장에서 메탄올 미니버스를 개발하였다.
중국은 석탄 자원이 풍부하여 정부는 석탄을 원료로 자동차 연료를 제조하는 프로젝트를 지지한다. 석탄 직접 액화와 간접 액화생산 차량용 연료 사업이 적극 전개되고 있다. 10' 기간 동안 운남과 산시 () 에 석탄 직접 액화 시범 공장을 설립하여 석탄을 원료로 석유나 디메틸 에테르 등 자동차 연료를 합성하였다. 5 년간의 협력 연구를 거쳐 Xi 교통대학과 중국과학원 석탄화공연구소는 2000 년' 초저배출 이갑차' 를 개발했다. 대련 디젤 공장에서 생산된 TYll00 단일 실린더 디젤 엔진과 CA498 디젤 엔진이 장착된 사랑차에 디메틸 에테르를 태우는 실험을 통해 엔진 전력이 10%- 15% 증가, 열효율은 2 ~ 3% 포인트 증가, 소음은 65438 감소
국내에서 연료전지 연구에 종사하는 회사는 20 여 개, 양성자 교환막 (PEM) 연료전지 기술이 크게 발전했지만 외국과는 여전히 큰 차이가 있다. 예를 들어 외국 자동차는 50-80 kW 전력의 PEM 연료 배터리를 사용하며 국내 최대 PEM 연료 전지 전력은 5kW 로 자동차 사용과는 거리가 멀다. 중국의 금속 연료 전지 기술은 이미 세계 선진 수준에 이르렀다.
우리나라 니켈수소 배터리와 리튬 배터리의 기술 수준도 국제 선진 수준에 이르렀고, 비아디는 2005 년 상하이 모터쇼에서 전시된 E 1 전동차가 이미 좋은 차량 동력 성능을 갖추고 있다.
현재 국내에서 압축 공기동력차에 대한 보도가 가장 많은 것은 저장대다. 그들은 압축 공기동력 오토바이에 대한 연구 플랫폼을 개발하고, 많은 유용한 결론을 탐구했는데, 이러한 결론은 진일보 연구 중이다. 게다가, 충칭대학과 동제대대도 탐구적인 연구를 했다. 중국에서 APV 의 발전이 이제 막 시작되었다고 말해야 한다.
3 대체 연료 자동차 개발 전망
LPG 와 CNG 는 자동차의 각종 대체 연료 중에서 가장 사용하기 쉽고, 이미 좋은 보조 기반 시설을 갖추고 있다. 배출과 경제성능 요구는 높지만 동력성능이 보통인 대중교통 분야에서는 응용 전망이 좋다. 최근 몇 년 동안 천연가스 자동차는 미국의 신형 버스에서 큰 비중을 차지하고 있다. 중국과 같은 농업대국, 특히 일부 농업대성에서는 에탄올 자원이 풍부하고 에탄올 자동차가 좋은 응용 전망을 가지고 있다. 이갑등 합성연료는 배출 특성이 우수하며 적용 가능성이 매우 뛰어나며, 특히 혼합동력차에 대체 디젤로 쓰인다. 하이브리드 자동차는 의심할 여지없이 차세대 자동차 동력 시스템의 주요 형식이다.
배터리 전기 자동차는 하이브리드 자동차와 연료 전지 자동차보다 성능이 좋지 않아 비용이 많이 든다. 수소 연료 엔진의 에너지 이용률은 수소산소 연료 전지보다 못하다. 따라서 배터리 전동차와 수소 엔진차의 발전 전망은 모두 그다지 낙관적이지 않다. 물론, 태양전지 기술의 발전과 돌파에 따라, 아마도 순수 전기 자동차가 좋은 발전 국면을 맞이할 수 있을 것이다. 압축 공기동력 자동차는 제로 오염을 이루었지만 전반적인 성능은 전통자동차와는 거리가 멀어 작은 범위 내의 특정 상황에서만 사용할 수 있다.
연료 전지는 현재 기술 조건 하에서 에너지 활용도가 가장 높은 자동차 에너지이다. 연료 전지는 에너지보다 200-350 Wh/kg 에 달할 수 있으며 리튬 이온 배터리의 2-3 배에 달한다. 에너지 변환 효율이 60 ~ 80% 로 휘발유 엔진이나 디젤기관의 1.5 ~ 2 배에 달한다. 초저오염, 심지어 오염까지 할 수 있고, 연료 전지가 사용하는 수소에너지는 재생가능하다. 현재 메탄올 연료 전지 기술이 가장 성숙합니다. 외국의 주요 석유회사와 자동차 회사들은 미래 자동차 발전에서 여울의 진지를 선점하기 위해 연료 전지 자동차의 연구 개발에 힘쓰고 있다. 1993-2000 년 다임러 벤츠 자동차는 연이어 Necari-Necarⅳ, Nebas 시리즈 FCEVs 를 선보였다. 200 1 년 5 월, 미국 내 Necar4 테스트, 전력 55kW, 최대 속도 145km/h, 완전 부하 이동 450km. 최신 Necar V-FCEV 는 메탄올 연료 배터리를 사용합니다. 1997 Ballard Power 와 포드 자동차는 Xcellsis 를 설립하여 연료 전지 자동차를 개발하고, AR-CO, 셸, 데스고 등 미국 석유회사와 California CARB 가 잇따라 가입하여 세계에서 가장 강력한 연료 전지 자동차 개발 연합을 결성했다. 일본 전력중앙연구소는 내열 도자기를 사용하는 연료전지를 전면 개발하고 있다. 배터리는1000 C 의 고온에서 작동하며 발전 효율이 매우 높고 전해질 출력 전력은 1w/cm2 에 달하며 기존 연료 전지의 5 배에 달한다. EvomR 은 알루미늄 아연 연료 전지 개발에 주력해 이미 상당한 수준에 이르렀다.
결론적으로, 대체 연료의 종합 평가는 다음과 같은 요소를 고려해야 한다: 연료 비용; 차량 비용 수입 석유에 대한 의존성 효과적인 에너지 이용; 온실 효과 오염을 배출하다 생산, 저장 및 운송, 유통 및 충진 시설; 적재 마일리지 및 충전 시간; 안전합니다. 이러한 요소들을 근거로 CNG 와 LPG 는 현재 가장 사용하기 쉬운 대체 연료이다. 전기, 메탄올, 에탄올의 종합 평가 지표는 모두 휘발유보다 낮다. 액화석유가스, 압축 천연가스, 에탄올의 시장 점유율이 계속 증가할 것으로 예상된다. 이갑과 합성디젤의 시장 점유율은 10 년 후에 급속히 안정적으로 성장할 것이다. 하이브리드 전기 자동차는 더욱 발전하여 시장 점유율을 빠르게 증가시킬 것이다. 연료 전지 자동차는 20 년 안에 산업화를 실현하고 점차 시장 점유율을 높일 것이다. 전통적인 휘발유 엔진 자동차의 시장 점유율은 20 년 후 눈에 띄게 떨어지기 시작하지만, 디젤차는 중장비 분야에서 계속 높은 시장 점유율을 유지할 것이다.
4 결론
향후 20 년 동안 휘발유와 디젤은 여전히 자동차의 주요 에너지원이지만 휘발유와 디젤에 대한 품질 요구가 높아지면서 엔진 기술이 빠르게 발전하여 에너지 활용도를 높일 것이다. 대체연료는 빠른 사용, 천연가스 자동차와 에탄올 자동차가 먼저 대규모로 사용될 것이며, 이갑과 합성연료는 점차 적용 범위를 확대할 것이다.
하이브리드 시스템은 빠르게 발전하고 응용될 것이며, 하이브리드 자동차는 최소 30 년 안에 자동차 산업 에너지와 오염 문제를 해결할 수 있는 가장 실행 가능한 방법이 될 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 하이브리드, 하이브리드, 하이브리드, 하이브리드, 하이브리드, 하이브리드, 하이브리드) 따라서 우리는 자원을 통합하고, 하이브리드 자동차의 발전을 가속화하고, 자동차 기술 발전의 새로운 고지를 선점해야 한다.
연료 전지는 가장 유망한 자동차 에너지이자 미래 자동차의 주요 에너지원이다. 국내 석유업계는 자동차 업계와 공동으로 선진 연료 전지 기술을 개발해 미래의 선진 자동차 기술의 최전선을 선점해야 한다!