按照目前國家政策層面上對新能源汽車的界定，主要分為三大類：純電動汽車、插電式(含增程式)混合動力汽車、燃料電池汽車，其主要特征是純電驅(qū)動。這是已經(jīng)明確了的中國特色新能源汽車發(fā)展的布局(經(jīng)濟(jì)路線)。換一句話，純電動是純電驅(qū)動，沒有歧義，混合動力汽車也是必須是電驅(qū)動，燃料電池汽車的也要求電驅(qū)動。本文介紹的富氫動力總成不僅可以用于新能源電動汽車，同時也是可以用于傳統(tǒng)汽車的改造升級，其產(chǎn)業(yè)化的政治和經(jīng)濟(jì)意義巨大。

一、富氫及富氫動力總成的基本含義

發(fā)展新能源和清潔能源汽車的主要目的，要保持山是綠的、水是清的，空氣是純新的。氫燃料電池汽車被認(rèn)為是新能源汽車的終結(jié)模式，甲醇是最理想的替代燃料，被認(rèn)為是期望最高的車用清潔能源。

理論上，甲醇可以直接供內(nèi)燃機機燃燒，可以制造純混合氣體，供內(nèi)燃機機燃燒，可以制造出純氫供燃料電池發(fā)電。甲醇的來源不是問題，尤其是甲醇是可以制純氫，是已經(jīng)很成熟工廠制造技術(shù)了。其難點在純(99.99%)氫如何上車？目前的基本途徑有三：一是純氫壓縮裝瓶上車；二是通過將氫氣注入中間載體(液態(tài))中；三是車載甲醇制氫。

眾所周知的是，純氫壓縮裝瓶上車，其安全性保障措施成本極高，純氫的存儲、運輸、加注與天然氣相比，其技術(shù)難度極大；用常識是可以想象的是，將氫氣注入車載中間液體之中，能有多大的比重？如何保障車做功要求的氫氣量;車載甲醇制氫又不能直接搬用工廠成熟的技術(shù)方案，也是眾所周知的。車是要跑動的，在車上安排提純工藝環(huán)節(jié)，基本上沒有可能。

目前最具有產(chǎn)業(yè)化可能的是，車載甲醇制富氫，而非甲醇制純氫的技術(shù)。富氫是以氫氣(H2)為主要成分和一氧化碳(CO)及甲烷(CO4)的混合氣體。

甲醇存儲、運輸、加注與汽油相比是一樣的。而富氫可以直接供內(nèi)燃機燃燒做功發(fā)電，或者供汽車發(fā)動機燃燒做功。如果能成功研發(fā)出富氫動力總成，其產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟(jì)效益，不可想象。

一是，甲醇沒有運輸、儲存、加注沒有難度，車載甲醇制富氫的探索是為甲醇用于汽車燃料在開辟一條新路；

二是，多年的甲醇直接注入車載內(nèi)燃機(發(fā)動機)技術(shù)，沒有取得產(chǎn)業(yè)化的突破，長期處于徘徊之態(tài)，但是有了大量的技術(shù)沉淀和經(jīng)驗積累。

三、富氫動力總成研發(fā)，基本做法是，基于內(nèi)燃機(發(fā)動機)的燃燒的基本特性，總結(jié)純甲醇(純氫)直接注入車載內(nèi)燃機(發(fā)動機)技術(shù)路線的不足，同時保留其優(yōu)點，在富氫的生產(chǎn)和富氫燃燒上下功夫，攻克其核心技術(shù)、掌握其關(guān)鍵技術(shù)，培育其支撐技術(shù)。

二、富氫動力總成研發(fā)的三大基本原理

1)甲醇制氫氣原理：根據(jù)熱力學(xué)甲醇裂解是一個吸熱反應(yīng)過程，甲醇(CH3OH)在催化劑和一定溫度作用中(吸熱過程反應(yīng))產(chǎn)生C-H和C-O鍵的催化活性及C-C鍵的偶聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)甲醇裂解變成為氫氣(H2)和一氧化碳(C0)(反應(yīng)式：CH3OH→CO+2H2)。

說明：甲醇制氣出來的不是純氫氣，是含一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)成分的富氫。這個富氫必須提純至(99，99%)后，才能滿足燃料電池模塊發(fā)電的要求。即使有技術(shù)在車上能提純氫氣，但是一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)在車上如何處理？又是一個難題。富氫里的氫氣(H2)、一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)的三個成分都是可以燃燒的氣體燃料。按照這一原理的實踐告訴人們：

①液態(tài)甲醇用工廠化生產(chǎn)技術(shù)，可以生產(chǎn)出純氫(9999%)，是很成熟的技術(shù)；

②內(nèi)燃機是可以直接燃燒甲醇或氫氣來做功的，但目前技術(shù)不成熟，還達(dá)不到汽車對動力的要求。

③燃料電池發(fā)電要求的是純氫(99.99%)，車載甲醇制氣是富氫，一是車上如何提純？即使提純技術(shù)有突破，一氧化碳(C0)以及伴生的甲烷(CH4)在車上如何處理到位？

2)富氫比能量提升原理

眾所周知，車載內(nèi)燃機(發(fā)動機)所產(chǎn)生的熱量的1/3在做功、1/3在制冷降溫、1/3因燃燒不充分而通過廢氣排放到外部浪費。這個外排能量能不能用來提高甲醇熱值？目前常規(guī)技術(shù)下，甲醇熱值較低(是汽油的40%)，其直接燃燒較汽油消耗量增加60%。這是甲醇汽車難以推廣的關(guān)鍵點。一些地區(qū)大力推廣甲醇直接燃燒汽車的經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)汽車還要低，繼續(xù)往下推進(jìn)已經(jīng)沒有意義。

利用內(nèi)燃機(發(fā)動機)這部分熱廢氣能量來裂解甲醇生產(chǎn)出富氫，既利用了廢氣能量，又提高了其能比能量。運用這一原理研發(fā)富氫動力總成裝車后，經(jīng)權(quán)威檢測機構(gòu)的檢測表明：

①甲醇熱值較裂解后比不用熱廢氣直接裂解提高了27%以上；

②燃燒富氫，其效果明顯優(yōu)于單一純氫氣或者單一甲醇直接燃料；

③間接地提高甲醇的比能量，接近汽油比能量，具有產(chǎn)業(yè)化推廣的技術(shù)基礎(chǔ)。

3)燃燒精準(zhǔn)表征控制原理：

運用智能控制ECU技術(shù)富氫生產(chǎn)過程進(jìn)行精準(zhǔn)表征控制，優(yōu)化富氫的摻燒比例，實現(xiàn)富氫稀薄燃燒，接近汽油機的燃燒水平，而且排放水平能滿足國家對發(fā)動機排放要求。在確保內(nèi)燃機動力性(不同工況點)的基礎(chǔ)上，提升其經(jīng)濟(jì)性，同時降低了內(nèi)燃機發(fā)動機排放等，確保傳統(tǒng)內(nèi)燃機發(fā)動機排放能達(dá)到或優(yōu)于國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)以上。燃燒精準(zhǔn)表征控制原理如下：

三、富氫動力總成實際裝車后的性能指標(biāo)

①甲醇熱值較裂解前提高了27%以上。

②甲醇裂解氣含H2、CO、CH4可燃混合氣體，其產(chǎn)氣率高達(dá)95%及以上。

④ 汽油摻燒甲醇裂解氣發(fā)動機動力保持在95%以上；

④用100%甲醇替代汽油，滿足節(jié)約汽油100%的要求。

四、富氫動力總成研發(fā)的三大技術(shù)

甲醇汽車是世界各國政府一致努力的方向和目標(biāo)。世界各國(包括我國)政府和企業(yè)及民間幾乎不約而同地將努力的目標(biāo)和方向及其實現(xiàn)的技術(shù)路徑緊緊鎖盯在汽車應(yīng)用方面，如氫氣汽車(含液氫、壓縮氫氣、氫氣包、氫燃料電池等)、純甲醇汽車、醇油混合汽車、醇?xì)淦?、醇油?裂解氣)汽車等，形成甲醇汽車研發(fā)和應(yīng)用的“熱點”。要成功開發(fā)出富氫動力總成，要求眾多的技術(shù)，歸納起來是“核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、支撐技術(shù)”三大類。

1)富氫動力總成微型化是 “核心技術(shù)”

①甲醇裂解制氣(包括可燃?xì)錃狻⒁谎趸?、甲?裝置，必須小型化(微型化)。

②隨車制氣要達(dá)到其汽車實用化標(biāo)準(zhǔn)。主要指標(biāo)有制氣率高、供氣量充足，且低溫裂解、需響應(yīng)速度快等；

③富氫動力總成必須穩(wěn)定、長期工作的能力，必須超越傳統(tǒng)發(fā)動機的關(guān)鍵指標(biāo)。

2)富氫動力總成是基于發(fā)動機動力系統(tǒng)研究的，這些是“支撐技術(shù)”

發(fā)動機機動力關(guān)鍵技術(shù)和ECU控制系統(tǒng)及發(fā)動機驗和各項動力系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)等系統(tǒng)已經(jīng)是開發(fā)富氫動力總成的支撐技術(shù)。沒有動力系統(tǒng)研究技術(shù)的支撐，如果僅是利用已經(jīng)被淘汰的化油器型進(jìn)行過虹吸(負(fù)壓)供給甲醇裂解氣與真正的甲醇汽車或者甲醇隨車制氫新能源汽車或醇?xì)淦囅嗖钍f八千里，甲醇隨車制氣要得到推廣應(yīng)用，一定要對發(fā)動機動力系統(tǒng)技術(shù)需進(jìn)做一步完善。

3)自動控制系統(tǒng)(ECU)是“關(guān)鍵技術(shù)”

汽車“甲醇隨車制氫與供氫”控制系統(tǒng)、發(fā)動機動力系統(tǒng)控制及其與整車控制系統(tǒng)等有效匹配的綜合自動控制系統(tǒng)(ECU)技術(shù)，是富氫動力總成的“關(guān)鍵技術(shù)”

四、富氫動力總成系統(tǒng)技術(shù)權(quán)威性介紹

本文介紹是的富氫動力總成是上面“核心介紹、支撐技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)”的集成者，具有很高的權(quán)威性，具體體現(xiàn)在其科學(xué)行、先進(jìn)性、實用性上。

①它是華科大動力系蔣炎坤教授領(lǐng)隊有30多位博導(dǎo)、博士、高級工程師組成的科研團(tuán)隊多年來的科研成果，取得了兩大關(guān)鍵技術(shù)群的突破，即：含有九個單項和綜合(專利)技術(shù)突破的“快速高效穩(wěn)定燃料改性技術(shù)與裝置”技術(shù)群、十幾個單項和綜合(專利)技術(shù)突破的 “醇?xì)浠旌先剂系膭恿︱?qū)動關(guān)鍵技術(shù)”技術(shù)群。

② 它是湖北省2016年10大科技事件，目前的人氣指數(shù)是120萬人投票。將作為前沿性的汽車先進(jìn)制造和動力關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力，和實現(xiàn)“甲醇經(jīng)濟(jì)”創(chuàng)新發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)及其廣泛應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)革命的最重要的方向。因此，在業(yè)界其被譽為“顛覆性”最新重大成果，成為新能源汽車發(fā)展及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)走向工業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點和興奮點！

③天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室副主任謝輝(教授、博導(dǎo))、同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院吳志軍教授、博導(dǎo)、湖北省汽車工程學(xué)會董事長吳家賢(教授級高工、原湖北省機械廳總工程師)對這個重大科研項目予以高度評價，紛紛寫推廣推薦信，認(rèn)為這是一項“顛覆性技術(shù)創(chuàng)新”成果，建議政府予以大力推廣應(yīng)用。

④新華社國際問題研究中心何君臣主任高度評價，這一技術(shù)應(yīng)該是我國，乃至世界新能源汽車“顛覆性的創(chuàng)新和突破”！他大膽預(yù)言：中國新能源汽車的真正希望在武漢！

⑤新華社《內(nèi)部參考》2017年第二期于2017年1月5發(fā)表了《我國首創(chuàng)醇?xì)淦嚬?jié)能減排效果明顯有待推廣》一文，并專文直送中央領(lǐng)導(dǎo)。

五、富氫動力總成是新能源汽車增程器的最佳選擇之一

由于動力電池比能量的瓶頸沒有解決到位，目前純電動汽車一次持續(xù)里程無法與傳統(tǒng)汽車相比，要全面替代傳統(tǒng)汽車，目前看到不可能性，即使在公交等特定行業(yè)的應(yīng)用，其是成本也是居高不下，如果離開政府不貼，普及性推廣應(yīng)用可能性也不大；氫燃料電池汽車，目前還是剛剛開始啟動示范，居多技術(shù)難題還沒有解決，在此暫不討論；插電式(增程式)混合動力汽車，目前基本上是直接采用小型汽(柴)內(nèi)燃機做增程器的動力源，其內(nèi)燃機自己的環(huán)保指標(biāo)并沒有達(dá)標(biāo)，僅僅是相對汽車而言，采用了動力電池，通過外插充電，電能消耗增加，而降低整車油耗而已。

筆者研究的結(jié)論是，富氫動力總成是新能源汽車插電式(增程)混合動力汽車增程器的最佳選擇，富氫動力總成與目前增程器相比，其優(yōu)勢如下：

①節(jié)油率可以實現(xiàn)100%，實現(xiàn)了插電式混合動力汽車也是零排放的目標(biāo)，比目前政策上要求的指標(biāo)40%，高出了60%。

②富氫動力總成是發(fā)電機的動力源，他可以保持在內(nèi)燃機的最高效率區(qū)做功，與汽車工況變化無關(guān)。目前國家推廣新能源汽車政策，有利于替換目前插電式混合動力汽車的增程器；

③富氫動力總成替代電式混合動力汽車的增程器，制造成本下降，車輛的運行費用降低，燃料部分成本降低80%。汽車生產(chǎn)廠家積極性提升，其插電式(增程式)電動汽車不僅能享受政府補貼紅利，而且贏利空間增加。。

一句話，富氫增程器出現(xiàn)，對我國新能源汽車推廣，尤其插電式(增程)混合電動汽車推廣會大規(guī)模的發(fā)展是一個巨大推動力，到2020年新能源汽車總產(chǎn)銷量500萬目標(biāo)會提前實現(xiàn)。富氫增程器的出現(xiàn)，我國新能源汽車的插電式(增程式)混合動力商業(yè)車，不僅是電動公交車、電動道路客運客車會會大規(guī)模的增長，而且大、中型電動貨車也會面市，并會持續(xù)增長。

六、富氫動力總成研發(fā)成功有利清潔能源汽車加速推廣

1)甲醇是清潔能源之一，被認(rèn)為可再生循環(huán)的替代石油最可靠的寶貴資源。

①煤炭可以制造出甲醇(氫能)，將有效促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型換代。對陷入困境的我國煤礦煤炭產(chǎn)業(yè)帶來重大戰(zhàn)略發(fā)展機遇，創(chuàng)新走出煤礦煤炭產(chǎn)業(yè)的新思路、新出路、新效益，形成新的經(jīng)濟(jì)增長點。

②煤炭可以制造純甲醇，可以有效代替汽油作為汽車等動力設(shè)備的清潔能源?？梢詼p少對石油的依賴，減少了空氣污染。

③富氫動力總成將醇成為可以再生循環(huán)的最清潔能源，”變廢為寶”成為清潔能源提高最佳途徑。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的甲烷、瓦斯、煤塵等大量廢棄物成為甲醇制造的最為廉價和寶貴的生產(chǎn)原料。大氣中的二氧化碳(CO2)可以制造合成甲醇，又成為取之不盡的廉價生產(chǎn)材料。

七、富氫動力總成產(chǎn)業(yè)化總目的及基本思路

1)總的目標(biāo)：以新能源電動汽車應(yīng)用富氫技術(shù)為產(chǎn)業(yè)化為發(fā)力點，以清潔能源汽車應(yīng)用富氫技術(shù)為產(chǎn)業(yè)化為切入口，以改造傳統(tǒng)發(fā)動機提提升為富氫發(fā)動機為己任，將武漢市打造成全國新能源汽車和清潔能源汽車研發(fā)和生產(chǎn)中心。

2)基本思路

①借國家提倡發(fā)展電動汽車的政策，將富氫動力總成用于替代目前插電式(增程式)混合動力汽車的增程器上，2017年實現(xiàn)5，000到10，000臺套；

②借國家提倡清潔能源汽車的政策，將富氫動力總成用于對傳統(tǒng)(汽油、菜油)發(fā)動機的改造提升，2017年開始市場推廣，2019年實現(xiàn)5，000到10，000臺套；

③借國家對新生產(chǎn)汽車油耗下降嚴(yán)格要求，積極地參與裝配富氫動力總成的新能源和清潔能源汽車整車開發(fā)，積極地開拓市場，2017年開始品牌宣傳，2018年市場推廣，2019年實現(xiàn)3，000到5，000臺套，2020年實現(xiàn)50，000到80，000臺套；

④2025年實現(xiàn)不同規(guī)格的富氫動力產(chǎn)品系列化上市，國內(nèi)商用車市場占1%以上。2030年以前，國內(nèi)商用車市場占10%以上。

3)富氫動力總成推廣的基本路線

第一步，，在10、12米新能源能源公交車上推廣，這個車是很好的品牌推廣載體，政府和老百曉都十分關(guān)注，沒有政策(標(biāo)準(zhǔn))門檻；

第二步，在10、12米清潔能源公交車，目前這個車天然氣的存量大，公交公司有然氣加氣站(加油站)的基地，可以借用。對存量公交車進(jìn)行技術(shù)升級和改造，地方主管部門批準(zhǔn)即可。

第三，積極參與富氫動力總成的地方、行業(yè)、國家標(biāo)準(zhǔn)的編制，主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)行、先進(jìn)性和適應(yīng)宜性。

八、富氫動力總成應(yīng)用于新(清潔)能源汽車的現(xiàn)實意義和歷史意義

1)發(fā)展新(清潔)能汽車的基本目的

(1)節(jié)能減排：保護(hù)環(huán)境是全世界的共同責(zé)任和義務(wù)。發(fā)展新(清潔)能源汽車，最主要的是環(huán)境保護(hù)方面的收益。

(2)減少對石油對外的依賴：發(fā)展汽車工業(yè)是一個能源安全的問題，對石油的依賴是一個非常嚴(yán)重的問題，是國家穩(wěn)定安全的問題。中國現(xiàn)在石油進(jìn)口量已經(jīng)超過了總用量的60%，而且，石油用量中又有55%-60%應(yīng)用在了交通行業(yè)。所以說，發(fā)展新(清潔)汽車以減少國家對石油的依賴程度降低，有利于抑制世界石油價格上漲。如果中國的汽車數(shù)量繼續(xù)發(fā)展，而新能源汽車的使用，能在一定程度上緩解甚至徹底解決這個問題。

(3)發(fā)展中國的汽車工業(yè)：中國因為汽車工業(yè)起步晚，實力、技術(shù)等等方面沒有外國的實力，一直處于競爭劣勢。發(fā)展能源汽車可以使中國汽車工業(yè)可以以另一種方式向世界一流發(fā)展。中國目前汽車千人擁有量不到200輛的，而相對歐美日等發(fā)達(dá)國家的汽車千人擁有量都在500輛以上，中國發(fā)展汽車的任務(wù)很重，不能長期依賴外國的核心技術(shù)。中國可以借用中國機會，第二次工業(yè)革命中成功的國家一樣，實現(xiàn)快速現(xiàn)代化，為實現(xiàn)偉大目標(biāo)邁進(jìn)堅實的一步。

2)富氫動力總成是發(fā)展新(清潔)能源汽車的重要抓手

中國政府發(fā)展新能源汽車已經(jīng)是國家戰(zhàn)略，實現(xiàn)10萬億規(guī)模產(chǎn)值的目標(biāo)己經(jīng)確立新，能源汽車必須成為國家支柱性產(chǎn)業(yè)任務(wù)已經(jīng)下達(dá)，中國發(fā)展新能源汽車的技術(shù)路線已經(jīng)發(fā)布。

純電動汽車、燃料電池汽車、插電式(增程)新能源汽車及以甲醇汽車為代表的清潔汽車是整車層面的概念。新能源汽車技術(shù)層面確立了以“純電驅(qū)動”為核心的中國特色的發(fā)展模式，其核心是(動力電池+電機)，中國特色的清潔能源汽車發(fā)展模式還在探索之中，目前有(甲醇+發(fā)動機)、(氫氣+發(fā)動機)、(混合氣+發(fā)動機)、(其他氣+發(fā)動機)等多元化模式。筆者研究后認(rèn)為：

①中國特色的清潔能源汽車發(fā)展模式，會是以(富氫+發(fā)動機)為核心動力總成模式。

②中國新能源汽車中在動力電池比能量沒有真正突破以前，以”富氫動力總成”為核心增程器的插電式電動汽車，會成為中國新能源汽車的主力軍。

③富氫動力總成不僅會成為中國新能源汽車發(fā)展的重要抓手，同是也會成為中國發(fā)展以甲醇汽車為代表的清潔能源的無人替代的重要推手。

3)富氫動力總成引領(lǐng)新(清潔)能源發(fā)展將產(chǎn)生“海量”經(jīng)濟(jì)效益

①富氫動力總成裝車后，可以實現(xiàn)1升甲醇(氣)可以替代1升汽油的實際效果。其粗甲醇(純度75%左右)每升市場均價約0.8—1元；精甲醇(純度99.99%)每升市場均價約2.1元，汽(柴)油5—6元，因此甲醇價格比汽油價格下降的61%—80%。不難得知，若僅僅對全國(不含國際)近2億輛存量汽車應(yīng)用本項目技術(shù)改造將會產(chǎn)生年數(shù)千萬億元的經(jīng)濟(jì)效益，對制造業(yè)年產(chǎn)千萬輛增量汽車將會產(chǎn)生年數(shù)百萬億元的經(jīng)濟(jì)效益。

②富氫動力總成將中國汽車將提升為具有國際競爭力，走向世界。

以富氫動力總成為核心技術(shù)將引領(lǐng)世界新(清潔)能源汽車的新潮流，形成塑造國際競爭新優(yōu)勢，實現(xiàn)中國汽車產(chǎn)品向中國汽車品牌的轉(zhuǎn)變，完成中國汽車產(chǎn)銷大國成為汽車強國轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略任務(wù)；

3)富氫動力總成將諸多相關(guān)的新產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)鏈的發(fā)展

①煤炭轉(zhuǎn)型創(chuàng)新煤炭甲醇制造產(chǎn)業(yè)鏈；

②“變廢為寶”創(chuàng)新“廢棄物”甲醇制造產(chǎn)業(yè)鏈。如甲烷、煤灰、瓦斯、木材、農(nóng)作物秸稈以及生活廢棄物可以實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活環(huán)保制造甲醇的系列產(chǎn)業(yè)鏈；

③大氣二氧化碳制造甲醇產(chǎn)業(yè)鏈，還可實現(xiàn)降低大氣“溫室效應(yīng)”。

④新增甲醇供給新物流(商貿(mào))產(chǎn)業(yè)鏈。

⑤帶動其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如輪船(包括艦艇)、坦克、裝甲、戰(zhàn)車、動力保障等軍事方面、機械設(shè)備、內(nèi)燃機組發(fā)電廠、鋼鐵、殯葬等許多領(lǐng)域。

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