燃料汽车全生命周期的3E分析与评论
1 中国煤制汽车燃料的经济、能源、环境生命周期研究
我国关于车用燃料生命周期的研究最早始于1995年，是由国家各部委、清华大学、福特汽车公司和麻省理工学院共同组织进行的。以山西省和其它富煤地区为背景，以原油基汽油作为基准路线，将各种煤基代用燃料路线与基准路线进行对比，以确定它们的代用性。作为参考，还增加了煤层气制甲醇链和原油基柴油链。这样，在以煤为原料生产车用燃料的经济、能源、环境研究中共包括了8条路线：原油-汽油-汽油车、原油-柴油-柴油车、煤层气-甲醇-甲醇车、煤-甲醇-甲醇车、焦炉气-甲醇-甲醇车、煤-联醇-甲醇车、煤-汽油-汽油车、煤-常规电-电动车。每条路线以资源的开采为始点（煤由坑口开始、原油和煤层气由井口开始），直至汽油在汽车行驶中消耗殆尽。主要研究成果如表1-1所示，
表1-1 中国煤制汽车燃料的经济、能源、环境生命周期研究
由表1-4发现：在车辆的单位运行周期上，没有一种煤制燃料的生命周期在各个方面都是绝对最好的；即便是被普遍认为是清洁能源的电力，由于我国的发电用能源以煤为主，故其生命周期排放较高，而过高的电池制造成本和运行费用使得生命周期成本增加较多。该研究指出：燃料的选择必须权衡多种因素，以确定哪些办法最适合中国，而且在实施这些战略之前，要对所选择的燃料技术进行全面的可行性研究。
2 中国清洁能源汽车全生命周期的研究
目前我国处于商业化应用及研究开发阶段的清洁能源汽车主要有：燃气汽车（CNG、LNG和LPG）、醇类汽车（M85、M85、E85、E10）、电动汽车、混合动力汽
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车（HEV）和氢燃料电池汽车等。本文通过文献研究，对上述不同类型清洁能源汽车全生命周期的100km行驶成本、环境影响和能源转换效率等因素进行综合分析，主要比较了不同清洁能源汽车在经济、环境影响和能源效率（3E）等方面的差异。
清洁能源的生命周期评价在生命周期评价标准的指导下，利用热力学、燃烧学和大气污染控制等学科的原理建立起燃料评价模型，有学者把这种汽车燃料生命周期模型称为从“井口”到“车轮”的分析（from well to wheels，WTW）。这一模型的评价边界分为2个阶段，即上游阶段的一次能源开采、汽车燃料生产和下游阶段的燃料使用。
图2-1 清洁能源汽车全生命周期的边界
2.1 研究对象和评价指标
为了体现出清洁能源在环保方面的优势，表1列举的方案是我国不同地区清洁能源的生产、运输、使用中所实施的具体例子，从而能够有争对性地运用全生命周期分析法，对清洁能源的使用提供定量的评价结果。
清洁能源的全生命周期环境影响评估指标包括标准排放和温室气体排放两类，涉及5中主要标准大气污染排放物HC、CO、NOX、PM10、SOX和用一定时期内对全球变暖具有影响潜力的3种温室气体综合成的指标GHGS。
GHGS=X1·CO2+X2·CH4+ X3·N2O
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试中X1、X2、X3分别为CO2、CH4、N2O在一定时期内全球变暖影响潜力指数。设定时间长度为100年，则X1=1，X2=21，X3=310
表2-1 我国清洁能源实施方案
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 初始能源 天然气 天然气 石油 煤 木薯 天然气 煤 天然气 石油 石油 车用能源产品 压缩天然气 液化天然气 液化石油气 甲醇M85 乙醇E10 二甲醚 电能 氢气燃料 汽油CAS 柴油 制备子系统 天然气压缩 天然气液化 原油蒸馏分馏 直接制备法 木薯制备乙醇 直接合成法 火力发电 天然气重整 原油制备 原油制备 终端利用子系统 天然气汽车 改装轿车 改装轿车 灵活燃料汽车 普通汽车 灵活燃料汽车 蓄电池轿车 燃料电池汽车 普通汽车 柴油汽车 2．2 我国清洁能源经济、环境和能源效率评估数据
表2-2列举的数据是我国清洁能源通过全生命周期分析法（LCA）对清洁能源汽车的使用成本与环境影响及能源转换效率进行评估所得到的相关数据。
表2-2 我国清洁能源3E评价数据
2.3 我国清洁能源汽车全生命周期的3E分析与评论
根据LCA方法及表2-1、2-2中所列的8中清洁能源方案，对我国清洁能源汽车的100km行驶成本与排放和能源效率等因素之间的关系进行了分析和评论。
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图2-1 清洁能源汽车全生命周期 100km行驶成本与温室气体排放 100km图2-3 清洁能源汽车全生命周期 100km行驶成本与SOX排放 100km
图2-2 清洁能源汽车全生命周行驶成本与CO排放
图2-4 清洁能源汽车全生命周期行驶成本与PM10排放
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图2-5 清洁能源汽车全生命周期 图2-6 清洁能源汽车全生命周期 100km行驶成本与臭氧前驱物排放 100km行驶成本与PM10排放
基于前述图表的，可得以下结论：
（1）从燃料生产到车辆使用的完整生命周期内，清洁能源汽车的温室气体标准排放物的各项指标整体上优于汽车的100km行驶成本和能源转换效率也优于石油燃料汽车，但煤基甲醇汽车在SOX、PM10排放上的表现不尽人意。 （2）燃气汽车在温室气体和颗粒物排放量上的表现都比传统液化石油燃料汽车好，能源效率也较高，但存在着燃料储存和供应的问题，而且燃气能源的生产和使用都是在天然气蕴含丰富的地区进行的，这就相应地减少了燃料储存和运输阶段的生命周期排放指标，因此有一定的利用局限性。
（3）醇类汽车技术基本成熟，但温室气体排放量有待改善，初始能源的供应和制备工艺在很大程度上决定了生命周期的排放表现，同时产业化程度还要加强。二甲醚汽车温室气体排放较多，但颗粒物污染少，是柴油机优良的代用燃料，但其储存、运输、使用成本高。
（4）氢燃料电池汽车和纯电动汽车降低排放的功效十分显著，与传统燃料汽车相比，二者在温室气体和其它标准污染物的排放上都有大幅度的降低，如果不考虑纯电动汽车电能来源的环境污染，那电动汽车可以说是“零排放”，同时这两种汽车的能源转换效率很高，但成本问题是制约其发展的关键。
根据我国目前国情，对我国发展清洁汽车提出以下建议： （1） 强化富产天然气汽车的优势，支持燃气汽车的推广。
（2） 改善二甲醚的使用方法，探索新的合成方法，降低使用运输成本。 （3）完善甲醇燃料的生产工艺，进一步加强产业化，加强燃料乙醇汽油的应用。
（4）加快突破制约电动汽车与燃料汽车发展的成本问题，并在政策上给予一定的优惠。
3 多种能源公交车全生命周期的研究
为全面评价我国几种主要新能源公交车的能耗及污染物排放水平，清华车用能源研究中心使用清华大学Tsinghua-CA3EM模型中的“从矿井到车轮(WTW)”模块，对压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)、煤制甲醇(M100)、煤制二甲醚(DME)、
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