人类社会进入二十一世纪后，能源供应与环境清洁越来越受到政府、企业及普通大众的重视。随着汽车数量的不断增加，汽油的消耗量在持续增长，市场上油价也在不断地攀升。大量地进口石油也对像美国这样的国家安全构成威胁。另一方面，汽油等化石燃料在使用的过程中，要产生大量的有害物质如COx、HC、NOx、SOx及SP等，造成自然环境急剧破坏，特别是近年来，引起全球气候暖化的温室效应，汽车石化燃料是原凶之一。
 
为了减少对进口石油的依赖以及加强美国的能源安全，美国总统布什在二零零七年的国情咨文中，呼吁在二零一七年把可再生和替代燃料的使用量提高到每年三百五十亿加仑，从而把汽油的使用量减少百分之二十。那么要达到这一目标，增加各种替代燃料的研究、应用势不可少。目前较有前景的替代燃料归纳起来有天然气、煤液化气、生物质燃料和氢气等，下面就“替代燃料”做一个介绍。

液化天然气

液化天然气包括压缩天然气、液化石油气和天然气合成油。由于具有较低的污染排放，压缩天然气和液化石油气被认为是内燃机（通常用汽油或柴油）的较理想代用燃料，已经被成功地应用于汽油机。

天然气的主要成份是甲烷（一般为百分之八十三～百分之九十九）及少量其它烃类、CO2等，具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比燃烧更完全。天然气汽车可以降低百分之四十的HC排放，百分之五十的CO排放，采用缸内直喷和稀薄燃烧技术可进一步提高发动机效率，符合各国有关的环境排放标准。天然气因为其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料的首选。压缩天然气是目前车用天然气燃料的主要储存方式，在汽车上使用的主要缺点是储气瓶占用体积大。液化石油气作为车用燃料主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷，储存方式是液态。其辛烷值较高，燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油排放，基本上可消除黑烟和颗粒物。
 
压缩天然气（CNG）

近几年，压缩天然气在很多国家已经非常流行。天然气一个很大的优点是，它含有相对较少的碳，因此会产生较少的二氧化碳排放，产生同样多的能量。天然气造成的二氧化碳排放是传统油料少五分之一到四分之一。有的专家估计，到二零二零年，一半以上使用替代能源的车辆会使用天然气或是天然气的产物。
 
目前，很多汽车生产商都能提供压缩天然气用的发动机。大多数都是既能用汽油又能用压缩天然气的。这些车有传统的油箱，在车身底部则装有压缩天然气罐。
 
压缩天然气的优点是低价格、高能量、低排放，不需要特别的基础设施。而缺点则是很少有仅使用压缩天然气的车型，大多数是双模式的车（既能用汽油又能用天然气）。此外，提供压缩天然气的加油站还相对较少。
 
液化石油气 （LPG）
 
液化石油气是一种炼油过程中的副产品。它的缺点是容易爆炸，通常被禁止在隧道和居民区使用。跟其它的替代能源相比，液化石油气很难跟柴油混合使用，因为它的能量密度、燃烧特性和防爆缸特性都跟柴油差的太远。液化石油气在欧洲的使用在下降。在荷兰，二零零一年时六百八十万辆车中仅有三十六万使用液化石油气，因为它的可靠性不高，到二零零三年时这一数字已经降到二十五万。
 
天然气合成油

天然气合成油的主要原料是天然气，另外加一种叫Naphtha的添加剂。它可以和柴油混合，提高燃烧的性能。壳牌石油公司在这项技术上居于领先地位，它正在卡塔尔（Qatar）建设一间大的工厂。天然气合成油的巨大优势在于：天然气的储备非常丰富，开采成本也较低，天然气合成油生产的成本比其它的替代能源要低，并且它的运输不需要新的基础设施，不需要在汽车上做任何改动。因而总的来说，从经济的角度来看，在近期，天然气合成油的前景最好，但是目前还只有壳牌能够大量的生产。天然气合成油的优点：清洁、效率高、来源丰富。缺点：仍在试生产阶段，成本高。
 
目前燃用液化石油气和天然气的燃气汽车技术已比较成熟，实际应用较多。全世界已有四十多个国家在实施以气代油的战略计画，燃气汽车总量在五百万辆以上，约占全球汽车总保有量的百分之零点七左右，占替代燃料汽车总量的百分之八十以上。其中液化石油气汽车约四百万辆以上，压缩天然气汽车约一百万辆。
　

煤基液体燃料

通过煤液化合成油是实现替代燃料的现实途径之一，“煤变油”称为煤基液体燃料合成技术，分为直接和间接液化两种方式。直接液化是指在高温、高压条件下，加氢使煤中有机化学结构直接转化为液体燃料，再提质加工为汽油、柴油和航空燃料；间接液化是将煤汽化制成合成气，合成气再催化合成汽柴油。

由于直接液化的操作条件苛刻，对煤炭的种类依赖性强，目前适合于工业化生产的“煤变油”都是间接液化的。具体方法是通过高温、高压的办法变成富含各烃类的气体，再把这些气体提纯并经过化学反应后生成油品和其它化工产品。资料显示，目前世界上可以通过“煤变油”技术合成高品质柴油的只有南非等少数国家。

煤直接液化是将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类化合物，再精制后制取汽油、柴油。国际上有德国的IGOR工艺，日本的 NEDOL工艺以及美国的H-Coal工艺。上世纪三四十年代，德国首先实现煤炭直接液化的工业化生产，以褐煤、烟煤为原料的油品生产总能力达到一年四百二十三万吨。

两次世界石油危机后，美、德、日等国家开发了煤直接液化新工艺，新工艺的反应条件相对温和，工艺和技术路线更趋合理，有的已完成建设商业化工厂的研究和初步设计，技术上具备了建厂条件。

煤间接液化是将煤先气化生成合成气，再通过费托（F-T）合成转化为烃类化合物。其反应条件比直接液化温和（三～五兆帕，二百～三百摄氏度），油品质量优于直接液化产品，也可直接与当前石油路线的输配系统配套。但投资也大（每吨油一万美元），耗煤多（每吨油耗煤四点五～五点五吨），另外放出大量水和热，合成气分子利用率低、能效偏低。此技术在南非、马来西亚、新西兰已经商业化。南非萨索尔（SASOL）公司是目前全世界唯一的煤炭间接液化商业化生产企业，年消耗煤炭约四千五百万吨，合成产品七百五十万吨，提供国内约百分之三十的油品需求。美国二零零四年开工建设规模为每日五千吨油的煤炭间接液化示范厂，预计二零零七年投产。

在过去二十年间，原油价格每桶平均是二十五美元，使每桶价格高达四十五美元的液态煤显得一点也不经济。但到二零零三年后，油价屡屡上扬，最近两年更是经常超过七十美元，再加上全球温室效应又是现在最受到重视的议题，液态煤重新被打造为想要确保能源安全、减缓全球暖化的最佳选择。

德国的煤碳火电厂（Getty Images）

生物质燃料

生物燃料也是目前研发的热点之一。生物燃料包括所有从生物材料，如玉米、木头、稻秆或麦杆等，通过生物发酵等方法提取的能源形式。目前，已研制成功并投入使用的植物油燃料有菜籽油、棉籽油、棕榈油、豆油、甲醇酯混合油等。
 
生物柴油

将植物油和动物脂肪与酒精反应，脱去甘油三酸脂转变成甲酯或乙基酯之后就可以在柴油机上使用，这些酯类物被称“生物柴油”。生物柴油中的富氧可以加快燃烧速度，减少CO、HC和微粒排放。一般的酯化燃料十六烷值较高，燃料的性质与轻柴油接近，但发动机喷油系统金属会受到甲酯的腐蚀。这种代用燃料大大减少尾气排放，但内含能量有点儿低，可能车子跑起来不那么快。生物柴油可以在柴油机车上使用，但不能用于一般的汽油机车。

不过要小心的是，目前大多数这类汽车的唯一问题在于，不是到处都能买到生物柴油燃料，因此您也许开车出去，却困在某个地方！

乙醇

酒精包括甲醇和乙醇。乙醇通常由玉米或生物物料（如农产品废料）制成。甲醇可由各种各样的植物，譬如木头、或煤炭中提取制作。不过今天大多数甲醇由天然气制成，因为它的制作成本更便宜。酒精燃料比汽油具有更大的动力，但较少的能量。这意味着，它将使您的汽车跑得更快，但每加仑行驶较少的英哩数。
 
大多数在美国使用的乙醇是通过玉米发酵工艺制作的。有些公司用废木片制做乙醇，但技术仍不完善。目前由于尚无法通过管道设施来输送乙醇，故多数需要通过铁路或卡车运输，这样无形中增加了乙醇的费用。预计随着将来使用人数的增加和基础设施的完善，乙醇的费用还有下降的空间。
 
在生物燃料中，乙醇应该算是推广得比较好的替代能源之一。E85是一种含百分之八十五的乙醇和百分之十五汽油的混合燃料。目前总部位于底特律的三大美国汽车公司，通用、福特和克莱斯勒，均积极推动E85的使用，他们已经投入生产几百万辆“复合燃料”（Flex-Fuel）汽车，这种车能使用E85或汽油行驶。
 
E85支持者发现，由玉米和其它蔬菜作物制作的乙醇，可作为减少石油进口的一个快捷方式。联邦政府已正式提出使用乙醇的政策，生产每加仑乙醇可得到五十一美分的联邦补贴。
 
不过使用农作物生产乙醇的做法也有其劣势，比如批评人士指责E85是在和人类争口粮，它使食物价格上涨。另一方面，目前销售E85的加油站数目少得可怜，在十七万个美国加油站中，只有一千一百个销售E85。虽然这个情形随着乙醇政策的深入推进也许会有改善，但当下对广大公众接受E85形成重大阻碍。因此，到目前为止，石油公司在促销E85上只是勉强而为。此外，有关乙醇对汽车保修的影响问题也已浮出水面，还有保险公司对使用E85的汽车的保险条款将会做哪些变动尚待观察。基于上述原因，消费者还没有明确表示出对某种替代燃料的热忱，所以美国国内和外国的汽车制造商也都不敢把鸡蛋放在一个篮子中，纷纷做了几手打算。

氢燃料

氢燃料电池要走上商业化道路，更大的阻碍是高昂的成本问题。
 
从减少二氧化碳等温室气体方面来看，氢燃料驱动汽车比其它的石油替代方法更有优势。

用氢作燃料的燃料电池

现在普遍认同的一个观点是，燃料电池发动机是内燃机最好的替代技术，这可能代表了汽车未来的发展方向。燃料电池汽车一般采用氢气作为燃料，利用氢气和氧气的化学反应产生电能作动力。与汽油车相比，燃料电池能够节省百分之五十的能源，且可以不消耗石油，也不排放二氧化碳等有害气体。因此国际汽车界普遍认为燃料电池汽车是节能环保汽车的最终解决方案。
 
不过应当指出的是，氢燃料无污染是指氢的燃烧过程不产生有害气体，但是氢的制备过程就不同了。目前氢气生产主要是蒸气重组法和电解水：前者主要原料为天然气；后者要使用电力和纯水。
 
此外，目前燃料电池汽车还处于研发和运行试验阶段，技术尚未完全成熟，特别是车上氢气的储存问题，现有技术还不能满足汽车的运行，加上价格过于昂贵，配套设施投入巨大，虽然燃料电池汽车几年前就在世界上许多国家投入试运行，但大规模商业运营还得十年以后。
 
然而，氢燃料电池要走上商业化道路，更大的阻碍是高昂的成本问题。目前制造一辆燃料电池车的花费大约是普通汽车成本的一百倍左右，只有那些为批量上市而生产的车型才能产生经济效益，但其成本仍然是普通汽车成本的十倍。
 
氢气内燃机

氢气内燃机汽车无CO、CO2和HC排放，仅排放微量的NOx（为汽油的十分之一），并可再用微量铂族催化剂净化。功率用增压补偿（福特U型氢内燃机汽车）。制氢可有三种办法：风力发电─电解水制氢；天然气重整制氢；煤气化制氢。成本和供应设施与燃料电池相同，目前世界上仅美国加州、德国慕尼黑有加气站。氢气汽车中长期可能大量发展，日本有专家认为可能会先于燃料电池汽车进入市场。
 
氢动力汽车在短期内还不能普及的最主要问题是，迄今为止还没有一种技术可以将氢气有效地储存于汽车上，使得氢动力汽车加一次氢能行使五百公里，储氢技术的研究不仅是美国能源部，也是世界上许多政府、各大公司的焦点。当然，氢气加气站、输氢管道（要求比石油高的多）的建设也不是短期内能解决的。另一项巨大挑战就是在安全方面。由于氢气无色无味，其火焰近乎无色，如何在车辆中安全地储存、如何到类似加油站的地点补充氢气等都是问题。这些问题有待于相应新技术的发展来解决。
 
替代燃料种类不少，除了以上介绍的之外，还有二甲醚、甲醇汽油等，但各自也都有许多技术或经济上的问题需要研究、解决。因此汽车燃料短期内主要还得依靠汽油。当然，今后替代燃料驱动的汽车比例会不断提高。

二零零七年底特律车展上的宝马氢气动力车。（Getty Images）