六种汽车燃料大比拼，最高等的那个，没人能想到
文｜Tomcontra
整个汽车的生产、制造、组装工艺中，最无法用定量的标准来评判的一些东西，我们把它叫做汽车玄学。这并不是说这些工艺在生产制造时没有相关指标，相反地，这些工艺即使有指标，按照指标造出来，也不一定保证能其有一定的数学正相关性。
第一次关于玄学的讲谈，我们来说说燃料。
自打工业革命开始后，人类对于“工具代替人力”进行长途运输的追求就越来越高了。而汽车也从【贵族的玩具】逐渐向【人民之车】的方向进行转移——如何造出便宜并且可靠的汽车，成为各大汽车主机厂一致面对的首要目标。而为了解决这一问题，首当其中的，便是燃料的选择。
无论你车子的技术再先进、车体再坚固、动力再强劲，没有了燃料，汽车就是一堆废铁。而正是因为在同一时期的人类的物理、化学等科学技术大踏步的发展，人类对于燃料的研究就如同实习术士遇到了大炼金师般开窍了。
在两百多年的的时间内，人们已经对于燃料有了更加深度的认知和理解，也一直在积极的寻找适合汽车等交通工具使用的高效、清洁、可再生资源。我们都知道，目前汽车的主要能源是汽油和柴油。但在一位汽车工程师的眼中，我们的能源到底是一个什么排行呢？
根据目前我手中一些材料的参考，在这里给大家做个简单的能源科普，以纠正一下我们对于能源的误区，而以下排行将按照关注度最低等至最高等的顺序进行排序。
1. 生物动能
用大家最好理解的语言，就是人力和畜力。
生物动能可以说在人类历史中扮演着举足轻重并且旷日持久的历史角色，是一切能源的基础：哪怕是人类现在使用最为普遍的汽油，没有石油工人辛苦的进行勘探、采集、炼制的话，我们如何能获取得到？人类通过自身的生物系统，将其他生物能提供的热能转化为动能，提供给车辆等交通工具使用。所以，称之为最为基础的能源，一点也不过分。
不过，就算是我不说，大家也能理解：生物动能最大的劣势就是能量产出值不高，能量转化效率也不高。
一匹马在一定条件内的输出功率也就是1马力，如果放在需要装载按公斤来计算的人和货物上，实在是有些力不从心。然而，在那个燃料转换效率普遍不高的历史长河中，一匹快马的意义远胜于其它任何燃料：冷兵器的时代，哪个战无不胜的将军手中，没有一支精锐的骑兵部队呢？
2. 电力能源
别惊讶，哪怕现在各国的电动汽车都研究得如火如荼，作为与交通能源的相关工程师来说，电能也是不被看好的能源。
从人类发现了磁场和电厂后，电力就正式的开始作为一种能源形式进入了人类的视线之中。
电机作为将电能转换为机械能的重要组成部件，其最大的优势就在于其极高的能量转化效率——普通汽油发动机在当前科技水平下平均只有30%左右的转化效率，而电机则可在相同的科技水平下达到70%以上。
然而，如此之高的转化效率并不能作为交通界的宠儿——世界上第一辆开始市售电动商品汽车是一辆诞生于1900年的名叫“Baker”的电动车（而实验型电动汽车则更早些）。而这辆电动汽车的续航里程呢？在经过了一百多年后，汽车界的巨头BMW终于造出了它们市售的第一辆电动商品汽车BMW i3。然而，BMW i3的实际使用纯电续航里程大概是120公里（75英里），与“Baker”电动车的续航里程是一模一样的…
（爱迪生曾做了一辆电动车，命名Thomas Baker）
是的，燃料的贮藏和运输，是电力目前最无法解决的问题：如何快速的获得电力，并且在获得后如何有效的存储起来，成了目前电力能源最无法解决的难题。
上面的例子虽然极端，但至少从一个侧面证明了一点：人类在电力诞生的一百多年中，并没有有效的解决电力贮存和传输的问题。是否环保的问题我先放在一边（下面会说到），单单如何高效的从发电站将电力运输到充电站就是电力能源目前无法解决的难关——即使现在我国已经大面积普及220V交流电供电和高压电力运输，单单在整个电力传输就要损失4%-5%之间。别看比例不大，但这个比例对应的实际损耗量，大概是100亿千瓦时。
更何况，电力在电池中的长期贮存衰减、电池的电力补充时间、电池寿命结束后的回收处理……等等这一切都是目前影响到电力能源在汽车上应用的最大阻碍（反而环保获取能源的影响是最小的）。“纯电汽车，尤其是国产纯电汽车，在未来5-10年内出现大规模问题的几率已经不是高可能性问题了，而是必然问题。”希望这句话，不是危言耸听。
3. 矿石燃料
我能猜到，很多人会不认可矿石燃料能排在如此的位置，但矿石燃料目前的潜力其实是巨大的。
就在几天前，马自达在其欧洲本部正式公布了马自达下一代动力技术SKYACTIV-X，即第二代创驰蓝天技术。在这个技术的媒体说明书中，马自达详细的对于整个矿石链路的排放情况于整个电力能源链路的排放情况进行了对比，其结论如下：
“在当前的技术水平下，只要将矿石燃料（汽油、柴油）的燃油车综合热效率再提升10%，其在整个链路（即从石油开采到最终被汽车燃烧）的污染排放就会有显著降低。其最终的排放量表现即可优于以火力发电等方式为主（怎么觉得打了天朝的脸……）的重污染发电地区的电力能源车整个链路（即从火力发电到最终被汽车消耗）的污染情况。”
正因为这种提升优势的巨大，马自达才研发了最新一代的SKYACTIV-X发动机，在具有SPCCI（气缸混合均匀稀薄压燃技术）为主的黑科技加成下，预计在2019年正式量产的新型马自达发动机可将热效率从目前丰田保持记录的41%提升至50%。而在装载了这台新型发动机的测试车上面，马自达可以做到以最激烈的驾驶方式都能比目前第一代SKYACTIV发动机的车型在一般工况下再节省10%的燃油消耗。
是的，潜力巨大。这就是目前矿石燃料最大的优势，虽然说距离矿石燃料的极限是近还是远我们仍是未知数，但其效率提升的可能性目前是巨大的。再加上开采、提炼、贮藏技术的不断进步，在很长一段时间内矿石燃料依旧会是人类汽车能源的主要来源。
4. 混合动力
接下来就进入了前三甲，排在第三名的是目前在国内刚刚开始有一些热度的混合动力系统：一个高效的混合动力系统，其主要目标是结合各种能源的优势，避开各种能源的劣势，让各个优势的效果最大化。
目前，世界上最为先进的混动技术为本田的i-MMD混动系统，最为广泛应用的是丰田的THS-II系统。混合动力系统无论结构如何，其对于能源的处理理念是一致的，主要为以下三个目标：
尽量使用电力驱动来提高综合效率；
尽量让汽油单动机维持在最佳热效率工作区间；
尽量让中间任何可能损失能量的地方减少损失或者完全不损失；
为此，各大主流品牌的主机厂纷纷推出了适应以上条件的混合动力车型。本次的文章虽然不对各个技术进行详解，但从燃料能量释放和消耗的角度来介绍一些目前主流的混动技术架构，以及这些技术在燃料应用上面的优缺点：
单电机直联：
简单的说就是汽油发动机直接连接一个发电机，发电机将电量存储在电池中。车辆需要移动时，将电池存储的电力转换到连接车轮的电动机上供车轮使用。这种结构的优势是改造简单，并且节省了复杂的变速箱的研发费用，改为用发电机、电池和电动机。
但缺点也很明显：在电池重量、体积无法减小的情况下，车辆总质量上升导致了车子需要消耗更多能源，并且多级的串联也会导致能量转换时的大量损耗。
代表车型为BMW i3、Audi A3 e-tron。
单电机并联：
车辆的发动机和电动机通过机械结构并联在车辆的动力输出轴上，可以通过分别驱动或者共同驱动的方式来为车辆提供动力。这种结构的优势在于电力和燃油能同时提供能量，使得燃料的极限能量输出比较高。
然而缺点也是显而易见的：这种并联方式是唯一一种仍旧需要保留变速箱的结构，同时还需要在这台车的结构中添加电动机和电池。一旦电池电量耗尽，相当于用发动机带动了一台更重的车辆，其结果则不一定省油。同时，为了避免车辆过重，通常这种车型会设置为插电混动，并且减小电池大小，故电机的效果其实有限。
代表车型为比亚迪秦、日产楼兰混动。
双电机并联：
这种结构最为复杂，并且有对应的衍生产品。但万变不离其中的是，车辆的发动机首先跟一台可由发电机、电动机相互转化的电机进行串联，然后通过行星齿轮组或者离合器并联另一台相同结构的电机，并通过这三台动力源同时为车轮工作。
这样做的好处有两个：可以去除掉沉重的变速箱结构；同时可维持各台动力源分别维持在自身最佳的工作效率区间。
但缺点也是有的——由于没有合适的变速装置，整个动力源在后段的表现会有些不足，容易早早来到扭矩输出极限。
代表车型为丰田普锐斯、本田雅阁混动、通用君越混动。
5. 燃料电池
如果说在目前研究基础上最有光明前景的，就是燃料电池了。之所以能排名第二，是因为燃料电池解决和很多电动车、矿石燃料车、混动车型一些无法解决的问题。
目前燃料电池的最尖端技术成果是液态氢燃料电池，包括了丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35 Fuel Cell等。这类车型在燃料上的最大优势在于以下几点：
(丰田Mirai)
与现有燃料供给方式维持一致：
通过油箱（fuel tank）来存贮基础燃料，对于液态氢汽车来说，即使用两个通过特殊材料制成的高压储氢罐来存贮燃料；
能量效率得到大幅度提升：
由于其工作方式是使用了液态燃料转化为电能后进行工作，所以本质上也是一种电力能源汽车，在能量转化和整体生态链污染上还是有优势的（别忘了，前面说过了矿石燃料车还需要努力）；
整个燃料的供给环境改造简单：
对于汽车来说，只需要将目前的电力汽车加装转换装置即可（油箱替换为贮存罐），取消了车辆沉重的发动机、变速箱，车重得到大大控制，燃料效率提高；对于燃料补充机构来说，从加油站到加氢站的改造成本很小，只需要加强地下存贮的整体强度，并改造加油机即可。
但对于燃料电池车来说，目前如何在源头上获取燃料是目前无法有效解决的问题。毕竟燃料电池的燃料通常不是能直接从大自然获取，所以在制造燃料的过程中必然会有成本过高、效率低下、环境污染等一系列问题。这也是目前各大主机厂首要解决的一个目标。
(本田Clarity)
6. 生物柴油
第一名，估计你们任何人都没有想到，没错，生物柴油。这东西说起来其实很简单，就是使用生物化学的方法，将一些生物制品转化为可以直接当燃料使用的柴油，并使用在经过大幅度优化的柴油机型的汽车上。
为何这项技术能排名在第一优先级呢？因为其对于燃料的解决方案是源头级别的。
首先，生物柴油的获取将是非常环保的，不需要破坏自然环境，只需要通过正常的种植农作物即可完成原料的获取（顺便说一句，我们闻风色变的转基因农作物，有一些就用在制作生物柴油上了）。
其次，生物柴油已经被证实比矿物柴油更加清洁，其产生的CO2等排放物通过实验室测定和实车测试，确实能比矿物柴油低很多。
第三，这种能源的普适性极强，主机厂并不需要对车辆进行大规模的重新设计和制造（包括燃料电池车，都需要重新研发），只需要沿用现有柴油车技术即可，在世界范围内有推广性（大多数国家都有柴油车）。
但这种技术也不是没有缺点的：目前最大的缺点就在于两个：第一是需要添加额外的催化剂（比如尿素），另一个就是如果想达到矿石提炼柴油相同的动力水平，需要燃烧更多的生物柴油，这样的话排放就会不合规。
说到这儿，我想你应该会想起来一个主机厂了：没错，就是大众。
2015年9月18日，美国环境保护署在收到了部分高校的研究结果和自身的研究测试后，正式质控大众汽车品牌（包括大众、奥迪等）所售的部分柴油车安装了专门应对尾气排放监测的作弊软件，以通过“高环保标准”的检测。
指控指出，这些车辆排放的污染物，最大可达美国法定标准的40倍。是的，看到这里你或许能够明白一个久而未解的问题：大众明知道搞作弊会被罚的底儿掉，为何还是要搞出来这个？没错，新技术带来的新标准会让大众集团站在上帝的位置上，甚至一跃成为世界第一车企也是可能的。这种诱惑，哪怕是对大众集团，也是如魅魔一般的存在。
篇幅所限，就先写到这儿。希望这篇文章能扭转大家对于汽车能源的认知。其实人类在对于能源的探索还远远不止如此，正因为这种多样性，汽车制造商们才能百花齐放百家争鸣。作为消费者，我们无需辩它个优劣强弱，只要这辆车能够解决你的一切出行需求，它用什么燃料，就让主机厂的那帮工程师去想办法吧。
接下来我还对两个方面说说车辆容易产生玄学的其他方面，敬请期待：
“有关汽车的NVH：直到现在人类也无法解明的秘密”
“有关汽车的车漆：最为依靠‘匠人’手段的工艺”