替代燃料燃烧：未来交通系统的动力来源

随着世界努力向可再生能源技术转型，目前的动力系统无法通过替代燃料来源提供维持世界机动性所需的动力。这种缺乏“一刀切”的方法要求 OEM 寻找创新方法来满足政府的排放要求和消费者的效率要求。 

寻找合适替代燃料的挑战 

汽车复杂性的增加是移动技术进步的副产品。随着这项技术的进步，内燃机使用替代燃料的能力继续使其成为未来交通运输的可行组成部分。当技术人员试图了解发动机的运行或其他操作问题时，他们必须了解这些不同的燃料对燃烧事件的反应。  

所用燃料的组成可以根据该燃料的 BTU 容量改变发动机的输出。某些燃料的 BTU 容量较低，但对消费者来说更便宜。但是，这并不一定意味着驾驶员的状况更好。如果可用的 BTU 不足以让车辆以驾驶员想要的方式运行，车辆将需要更多的燃料来维持当前情况所需的功率。这反过来又导致车辆需要更多的燃料来维持相同的性能，从而抵消了生态燃料的好处。对 ICE 驱动车辆的需求是必须产生高功率输出，以便机械输出可以满足所需的速度输出。  

燃料类型 

汽油 
汽油是世界上最常见的燃料之一，是奥托四冲程内燃机的基础。最初汽油是煤油生产的副产品。19 世纪末，煤油用于家庭取暖和作为光源。1859 年在宾夕法尼亚州泰特斯维尔发现石油后不久，汽油生产就开始了。这种高度易燃的液体储量丰富，但直到 1876 年尼古拉斯·奥托将其用于内燃机后才开始使用。从那时起，汽油就成为了使用最广泛的石油基产品，因为它在相对较小的体积内具有高能量密度。这种能力可以使汽车在同样的总体功率输出下行驶更长的距离。 

由于我们从 20 世纪初就开始使用汽油，因此汽油基础设施已经建立，并被认为是一项成熟的技术。几乎没有地方汽油供应不足且不易获取。除了可用性之外，通过油箱给汽车加油的便利性也让消费者无需等待汽车再次准备好行驶，从而获得满足感。这是 EV（电动汽车）的主要障碍之一：在再次使用汽车之前必须快速给汽车加油。燃烧汽油的主要问题之一是产生温室气体排放。碳、一氧化碳和氮氧化物都以自己的方式对地球有害，这使得燃烧石油基燃料存在固有缺陷。

乙醇
乙醇是从甘蔗、柳枝稷或玉米等纤维素基产品中蒸馏而来。通过蒸馏过程，乙醇被蒸发然后冷凝，然后被用作酒精，可以在内燃机中燃烧。这是一种很好的本地化资源的方法，因为基础原料可以在加工厂附近种植，因此可以将运输量降至最低。  

使用乙醇并非毫无顾虑。要将资源蒸馏成酒精，必须加热。这通常需要天然气或其他电源来提供温度升高。由于原料用于燃料生产，谷物价格导致粮食供应增加，以至于简单的玉米片价格高昂。与石油基燃料相比，利用植物基材料燃烧这种燃料产生的排放量大大减少。增加当地燃料生产工厂的可用性将有助于实现燃料生产的多样化，但这也可能是一个缺点，因为它会占用当地社区宝贵的房地产。  

氢气
氢气的能量密度极高，在环境中随处可见。当氢气燃烧或通过燃料电池时，它会与氧气重新结合，生成水。这种燃料源的副产品只有水，非常环保，因为推进过程中不会产生其他排放物。有多种方法可以生成氢气，但大多数方法都大量使用石油基产品。蒸汽甲烷重整利用热蒸汽、压力和催化剂将甲烷气体分解为二氧化碳、一氧化碳和氢气。产生进行此过程所需的热量和压力需要大量化石燃料，这会抵消使用氢气作为推进燃料的一些好处。  

另一种主要的制氢方式是通过电解，即利用电能将水中的氢原子和氧原子分解，从而产生氢气。绿色氢是一种新型氢，它通过电解过程产生，使用太阳能电池板和/或风力涡轮机发电，从而进行燃料生产。这种材料可以看作是一种能源库类型的燃料，因为你可以在阳光明媚或风吹拂时制造它。然后，你可以将这种能量储存在氢气中，并在需要时使用。汽车应用中的氢气可用于内燃机或燃料电池，以产生电力，供电动汽车使用。燃料的加注速度快，功率密度相似，可提供与传统汽油发动机类似的功率输出。这些相似之处使客户更容易接受，因为它比插上电源等待充电更容易接受，因为心理上更容易接受。 

氢能基础设施建设尚处于起步阶段，加氢站数量有限，氢气生产、储存和分配也面临技术和经济挑战。 

电燃料 (E-Fuels)
随着我们努力减少碳排放并实现交通运输领域的可持续发展，我们已开始探索各种替代燃料。该领域最有前景的发展之一是电子燃料（也称为电燃料）的出现。这些合成燃料是使用可再生能源生产的，无需依赖石油基材料。电子燃料是通过电解水合成生产的，将氢与氧分离，然后将其与二氧化碳 (CO2) 结合以形成与汽油非常相似的碳氢化合物链。电子燃料可直接替代汽油，几乎不需要对发动机的机械部件进行改造。目前的基础设施可以支持电子燃料的分配，因为它们与世界各地已经使用的燃料非常相似。  

与大多数燃料一样，将电子燃料转化为可用产品的过程会改变材料的组成，以至于在每个过程中开始损失一些潜在产出。根据酿酒厂生产自己的碳氢化合物的能力，潜在产出的损失并不像乙醇那么大。根据最终用途的要求，可以根据需要生产电子汽油、电子柴油或电子煤油。目前这是一个成本密集型的​​过程，随着需求的增加，成本会逐渐下降。利用这些类型的燃料的最大好处是它们在去除尽可能多的碳的同时，实现了碳中和，形成了一个封闭的碳循环。  

结论
随着世界向更加碳中和的环境迈进，对高质量精炼燃料的需求将会增加。内燃机不会很快离开交通运输世界；它只是必须不断发展。随着 EREV 的重新出现，燃油汽车的未来将继续改变。超高里程数将成为大多数车辆的新卖点，以及已经到位的基础设施，为驾驶公众提供舒适感。了解这些技术以及它们如何融入任何维修计划或课程将推进您的汽车计划，并让您与行业不断变化的技术保持同步。  

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