天然氣的誘惑力遠大于其他燃料。但即使是最具吸引力的技術，現實也是殘酷的。

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Dane Boysen是一個令人討厭的“銷售員”。在一個天然氣汽車會議上，美國能源部先進研究計劃署（ARPA-E）天然氣汽車項目負責人Boysen表示，他的話行業巨頭不會想聽。“老實講，天然氣并不是重要的運輸燃料。” 他補充道，事實上，“它是愚蠢的燃料”。

一些聽眾則發出了開玩笑的倒喝彩聲，但他們知道Boysen講的是能量密度問題。1升汽油能驅動一輛標準汽車行駛10公里，而1升天然氣在常溫常壓狀態下只能驅動它行駛13米。甚至在將天然氣冷凝成液態或擠壓進高壓箱中后，它也無法與汽油相媲美。

然而，Boysen的ARPA-E項目在過去5年間花費了3000萬美元，推動了天然氣小汽車和輕型載重汽車的發展。

更干凈

為什么？原因是盡管能量密度較低，但天然氣能提供的東西很多。它儲量豐富且價格便宜。目前，美國使用水力壓裂法生產出大量天然氣，能量當量相當于1加侖汽油的天然氣的價格卻只有前者的一半。而且，目前美國已知的天然氣儲量至少能維持到下個世紀。天然氣也相對干凈。天然氣發動機產生的二氧化碳比汽油發動機少30%，同時氮氧化物和氧化硫等污染物的排放量也大大減少。

更重要的是，這些發動機已經存在。經過略微鑄補，傳統的汽油或柴油發動機就能使用天然氣。根據美國行業貿易集團NGVAmerica的數據，全世界有1520萬輛天然氣動力車輛在行駛。其中美國有14.2萬輛。大部分是重型卡車和公共巴士。一些預測結果顯示，到2030年，美國大多數卡車將使用天然氣能源。

對于重型發動機而言，經濟學才是“驅動者”。即便使用天然氣引擎，這樣的卡車也比使用柴油機的卡車多花費數萬美元。Trillium CNG市場開發和戰略副主席William Zobel表示，卡車燃料消耗量極大——每年平均需要4.5萬升柴油，燃料節約將在2~3年里抵消額外成本。Trillium CNG主要建設壓縮天然氣（CNG）燃料供應站。日益緊縮的卡車和公共汽車污染標準也推動著變革。

現在。Boysen和其他人希望天然氣能源的應用可以擴展到輕型汽車和卡車中。“真理就在這里。我絕對相信該技術將會騰飛。”Boysen說。加利福尼亞能源委員會運輸系統研究員Reynaldo Gonzalez也表示贊同：“只有一種可選擇的車輛技術具有經濟價值，那就是天然氣技術。”

但負責指導NGVAmerica 市場開發的Stephen Yborra指出：“有大量障礙需要克服。”例如，日本本田汽車公司已經生產出了思域天然氣汽車。但在美國只售出2000輛，而汽油汽車的銷售量則是每年150萬輛。在天然氣汽車占領道路之前，燃料箱、泵和基礎設施等方面還需要大量改進。

當Boysen走上洛杉磯會議中心的一個小舞臺時，窗戶外面是巨大的集裝箱貨運船，正在卸下日本汽車、韓國電視和中國家具。每天，8000輛卡車負責搬運這些貨物，這些車輛越來越多地遵照口岸污染標準，開始使用天然氣作為燃料。但Boysen坦言，革新存在障礙。他表示自己能夠暢所欲言，因為本月月底，他將離開ARPA-E。他一個接一個地列舉出了該技術面臨的挑戰以及工程師為解決問題作出的努力。

燃料箱困境

燃料箱材質一直困擾著研究人員。天然氣的最大問題是能量密度過低。在常溫常壓環境下，每升僅有4萬焦耳，是汽油的1/1000略多一點。要攜帶充足的燃料，汽車就需要一個巨大的燃料箱，這就減少了其載貨空間。結果是，本田的天然氣汽車的貨箱比汽油汽車小了一半。“駕駛者討厭這樣，因為他們無法去機場接人。”Boysen說。

燃料箱還必須加壓。現在的燃料箱能將氣體壓縮到250帕，大約是大氣壓強的250倍。要保持這些壓力，燃料箱必須使用厚厚的金屬，或更輕但昂貴的碳纖維。目前，燃料箱使得天然氣汽車的平均成本增加了3500美元。而Boysen的項目致力于將這一數字減少至2000美元。“2000美元實際是一個大挑戰。”南加州天然氣公司技術開發經理Cherif Youssef說。

一個方法是利用多孔材料填充儲油罐，從而能夠在溫和壓力下用海綿吸收甲烷，并在壓力降低時釋放該氣體。低壓將能讓燃料箱更輕更便宜，并能降低再填充它們的壓縮機成本。

活性炭就是一種海綿狀物，這種材料便宜，并廣泛用于各種工業用途。但它的理論最高生產能力只有220 v/v。一種名為有機金屬結構（MOF）的材料已經打敗了這一數字。與活性炭能隨意調整內部結構不同，MOF是多孔的晶體材料，能夠從原子尺度上進行設計，以便抓住甲烷分子。

研究人員已經設計了數百種MOF。化學公司BASF已經研發出合成噸量級的MOF，并在德國實地測試了MOF裝備。Framergy公司也表示，目前能夠制造克級MOF用于巴士。Boysen說，這些都是好消息。不過，“仍有工作需要做。”他說。

其他挑戰

燃料箱的形狀也是個問題。壓力溫和的海綿樣燃料箱能讓工程師制造與目前標準高壓壓力缸不同形狀的燃料箱。聯合技術研究中心（UTRC）下一代燃料箱項目負責人Ellen Sun表示，這是重要的，因為在一輛汽車里，汽缸會占據大量空間。對于重型卡車和汽車而言，一個笨拙的燃料箱可能不是大問題，但它卻是載客小汽車“殺手”。

UTRC和其他公司也使用更常規的方法對高壓燃料箱進行再設計，以減輕對其材料的壓力，以便將燃料箱制成任何需要的形狀。

無論最后哪種燃料箱脫穎而出，它們都將需要被再次注滿。工程師也正在努力提高這項技術。一個問題是燃料加注的時間。汽油泵每分鐘能提供10加侖汽油，能量傳輸率相當于20兆瓦的功率。目前，CNG系統能在5分鐘填滿15加侖的燃料箱。但它們價格昂貴，并優先服務卡車和專業車隊。

許多天然氣汽車的擁護者都夢想有一臺低壓壓縮機，能夠用于家庭燃料加注，美國約一半的家庭已經安裝了天然氣線路。如果汽車能夠在家里填充燃料，消費者將能忍受較慢的填充速度，就像電動車那樣。“家庭填充燃料和低壓燃料箱將是該行業游戲規則的主要改變者。”Youssef說。Boysen表示，這樣的壓縮機已經進入市場。但它的價格為5500美元，而Boysen的項目則希望能將這一數字削減90%。

在天然氣能源汽車會議上，研究人員報告了若干進步。俄勒岡州立大學的一個研究小組表示，他們已經設計出一種能將一個氣缸變成壓縮機并充當泵的天然氣引擎。同時，得克薩斯大學的研究人員則研發出了只有一個運轉部件的簡化壓縮機：一個活塞反復滑動。他們預計造價可能為1500美元，距離Boysen項目的目標不遠。

正如MOF一樣，這些技術原型要進入市場還有很長的路要走。研究人員還必須將水和其他雜質從低壓天然氣管道中過濾出去，以免它們在燃料箱里積累。但由于目前市場需求有限，壓縮機生產商并不愿意投資新技術。國家可再生能源實驗室燃燒學家Bradley Zigler表示，結果就是“研究與商業轉化之間存在死亡之谷”。

即便工程師能克服所有這些技術困難卻仍然不夠。分析家表示，對于為新車花費數萬美元的消費者而言，他們需要這些技術同時被廣泛使用。而且，Boysen提到，即便是這樣，天然氣車輛還面臨更多可行性替代方案的競爭，并且駕駛者還需要相信天然氣汽車至少與現在的汽車做到同樣好。他們還需要能隨時隨地買到燃料。

而這一系列需求尤其需要新技術。但由于缺乏必要的基礎設施，使得消費者很難接納這些新型汽車。但對于Boysen及其同事而言，天然氣的誘惑力遠大于其他燃料。但他們也清楚，即使是最具吸引力的技術，現實也是殘酷的。（張章）