郝建國 劉文新

摘 要：隨著社會的發(fā)展和進步，我國經(jīng)濟也處在高速發(fā)展階段。過去我國通過犧牲環(huán)境換取經(jīng)濟的方法對我國生態(tài)環(huán)境造成了的巨大破壞。自進入現(xiàn)代化社會以來，我國逐漸意識到環(huán)境保護的重要性，發(fā)展綠色清潔能源，減少二氧化碳等廢氣污染物的排放是保護生態(tài)環(huán)境的重要舉措。幾千年以來中華兒女在黃河和長江兩個母親河的孕育下創(chuàng)造了燦爛的中華文明，時至今日二者依然作為國內(nèi)運輸?shù)暮降腊l(fā)揮著自己的余熱。不過由于船舶使用柴油燃料對母親河造成了嚴重污染。本文從船舶清潔能源應用及發(fā)展方向的角度出發(fā)，旨在分析船舶污染、黑煙的來源，并提出船舶清潔能源應用選擇發(fā)展方向。

關鍵詞：船舶;清潔能源;天然氣

中圖分類號：U677 文獻標識碼：A

0 引言

工業(yè)革命對于社會的發(fā)展和進步具有劃時代的意義，但是同時也對社會環(huán)境造成了嚴重破壞。工業(yè)的發(fā)展需要有穩(wěn)定的能源支持和供應，因此人們需要燃燒大量的煤炭和石油等傳統(tǒng)燃料來推動工業(yè)化的進程。與此同時，煤炭和石油等傳統(tǒng)燃料在燃燒過程當中產(chǎn)生了許多有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)污染著生態(tài)環(huán)境，也威脅著現(xiàn)代人的生命健康安全。發(fā)展清潔新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料已成為世界各國所面臨的共同發(fā)展問題。我國經(jīng)過改革開放之后，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢越來越好，但是發(fā)展過程當中伴生的污染問題也十分嚴重。素有中華民族母親河之稱的長江作為內(nèi)陸漕運主航道為人們帶來經(jīng)濟利益的同時，也要承擔大量船舶燃燒傳統(tǒng)燃料所造成的污染。人們需要開發(fā)出船舶清潔能源以取代傳統(tǒng)燃料，這樣才能構建綠色、協(xié)調(diào)的新經(jīng)濟。

1 船舶內(nèi)燃機工作原理及污染原因分析

1.1 船舶內(nèi)燃機及燃料使用

現(xiàn)階段我國船舶所使用的燃料仍然以柴油為主，船舶發(fā)動機的工作原理是將燃燒的熱量轉化為機械能，內(nèi)燃機正是通過柴油燃燒時源源不斷產(chǎn)生的熱量作為主要的推動力。柴油作為傳統(tǒng)燃料在燃燒時會產(chǎn)生大量的固體狀的顆粒物，同時還伴隨著氮氧化物等有害物質(zhì)的形成。就能源轉化效率而言，內(nèi)燃機的效率非常高，再加上內(nèi)燃機本身體積小、續(xù)航里程大的優(yōu)點而被廣泛應用于船舶、航天等行業(yè)。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷提升，人們對于船舶運輸業(yè)的依賴程度也越來越高。船舶行業(yè)的快速發(fā)展?jié)M足了人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的需要，但是船舶行業(yè)每年燃料燃燒所產(chǎn)生的有害物質(zhì)也正在危及人們的生命健康，生態(tài)環(huán)境也受到船舶燃料燃燒的影響其原本的生態(tài)結構也正在遭受破壞。

1.2 汽柴油成分

汽油是當前世界應用最廣泛的一種傳統(tǒng)能源，汽油作為燃料其本身的成分結構十分復雜，據(jù)研究表明汽油當中含有上千種的化合物。其中主要是由C4-C12烴類物，其屬于混合烴類一種，顏色呈現(xiàn)無色或者淡黃色。汽油繼承了烴類混合物的特點，在空氣當中易揮發(fā)，也容易燃燒。本身不溶于水，但是能夠與苯、二氧化硫等物質(zhì)融合在一起。

和汽油有所不同，柴油本身的能量密度非常高，并且燃燒消耗率非常低。按照沸點可以將柴油劃分為輕柴油和重柴油兩大類，正因柴油具備的獨特特點而被廣泛應用于船舶、航空以及汽車產(chǎn)業(yè)。

1.3 汽柴油內(nèi)燃機的污染排放分析

汽柴油都是混合烴類物質(zhì)，二者主要都是碳、氫兩種有機分子組成，通常情況下人們按照物質(zhì)當中碳、氫兩種物的比值和大小關系對其進行分類，并且也能夠確認物質(zhì)的性質(zhì)。而判斷物質(zhì)碳氫關系的不等式為y≤2x+2，汽油當中碳原子的數(shù)量在5～11之間。由碳氫組成的物質(zhì)可以按照碳氫的數(shù)量關系以及其本身的含量去判斷物質(zhì)的特性。由于柴油當中碳原子的含量在15～18個，烴化物在燃燒時，物質(zhì)當中的含碳量越高，就越容易產(chǎn)生一氧化碳和黑煙。而物質(zhì)本身的燃燒就越不充分。這也是的柴油比汽油更容易產(chǎn)生黑煙的重要原因。大型的貨輪和船舶選擇柴油作為推動力會造成許多污染，柴油在完全燃燒時的化學方程式主要為4CxHy+（4x+y）O2=4xCO2+2yH2O，即柴油在完全燃燒時，柴油當中的碳元素會全部轉化成為二氧化碳，而柴油當中的氫元素會全部轉化為水。即生成物質(zhì)的化學式主要為碳氫化合物CxHy。而當柴油不完全燃燒時的化學方程式為4CxHy+ （2x+y） O2= 4xCO+2yH2O，4CxHy+yO2=4xC+2yH2O。柴油的不完全燃燒會產(chǎn)生一氧化碳、水、顆粒狀物。

柴油作為當今世界的主要能源，其在為世界作出貢獻的同時，也成為了世界主要污染物的來源之一。當前世界各國都出現(xiàn)了程度不同的霧霾，而在人們看來柴油作為能源物質(zhì)，在燃燒過程當中柴油生成的顆粒狀物體是造成霧霾的只要原因之一?，F(xiàn)在每天大大小小的船舶在航行的過程當中會產(chǎn)生滾滾的黑色濃煙，黑色濃煙的真面目是由鉛、硫化物燃燒后生成的鉛氧化物和硫氧化物。這些有害的黑色濃煙未經(jīng)處理直接排放到大氣環(huán)境當中對于生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞。

2 船舶清潔能源發(fā)動機

（1）純電動驅(qū)動?，F(xiàn)階段人們通過選擇、研究和創(chuàng)新的方式尋找可替代柴油作為傳統(tǒng)能源的綠色清潔新能源。其中人們最看重的便是由電力能源，電力能源是現(xiàn)代社會公認的清潔型新能源，將該能源應用在船舶發(fā)動上，船舶在行駛過程當中就會避免黑煙等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。不過作為動力能源的電力，目前還存在許多技術上的難題。像是人們最關心的續(xù)航里程和充電時長。再加上作為電力心臟的動力電池造價高、使用壽命短、外形和尺寸也較大。對于在城市內(nèi)和城市周圍運行的船舶而言，這些船舶使用動力電池能夠基本滿足日常形式的需求，但是到遠離城市的地區(qū)，人們必須要考慮船舶行駛里程的問題。而對于中大型的船舶而言，除了要滿足日常續(xù)航里程的需要之外，還需要著重考慮到動力電池的輸出功率。就目前動力電池所能輸出的最大功率來看，動力電池還無法應用到中大型的船舶上面。即便當前人們在動力電池方面已經(jīng)有所突破，借助著我國自主研發(fā)的電力推進系統(tǒng)可以實現(xiàn)內(nèi)燃機自身的發(fā)電供給。我國在動力電池長距離運輸方面做了許多探究，通過使用電容擴容加鋰電池技術存儲的電能依然不能達到續(xù)航里程的要求。我國國土幅員遼闊，地區(qū)和地區(qū)之間的距離較遠，若是無法實現(xiàn)遠距離航運的能力，就無法保證將純電動驅(qū)動的電力能源應用到船舶當中。而對于船舶所使用的電池制造、報廢處理都需要嚴格按照國家的相關規(guī)定進行，否則會出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護問題。

（2）太陽能動力。太陽能動力是將光能轉化為電能，再將電能存儲在電池當中，利用此方法來推動物體運動。太陽能作為一種綠色清潔能源能夠避免內(nèi)燃機燃燒產(chǎn)生的有害物質(zhì)。

不過太陽能發(fā)電存在一個明顯的弊端，太陽能動力的實現(xiàn)需要充足的陽光，若是遇到大霧、陰雨天等惡劣天氣，太陽能動力就會失去效力，充電也就無法保障。太陽能電池板是太陽能能源產(chǎn)生的核心材料，由于太陽能電池板本身的造價非常高，一旦損壞不單單會影響正常的生活，同時也會造成環(huán)境污染。就太陽能目前的發(fā)展現(xiàn)狀看，太陽能能源無法作為替代柴油的新能源使用。

（3）新型天然氣內(nèi)燃機。在純電機、太陽能電池板等能源不能滿足船舶運輸需要時，人們可以重新對內(nèi)燃機結構進行改造，通過改造可以使用天然氣作為代替柴油的新能源。利用天然氣能源代替柴油，在內(nèi)燃機燃燒原理不變化的情況下，原來的動力依然不變。經(jīng)過多年對船舶發(fā)動機的研究和探索，新型天然氣內(nèi)燃機已經(jīng)能夠基本滿足人們需要，并且逐步向清潔能源的方向靠攏。

3 天然氣發(fā)動機排放分析

相比柴油，天然氣本身成分較為單一，天然氣燃燒后會轉化為水和二氧化碳，即使在未完全燃燒的情況下也只會生成游離的碳顆粒，并不會像柴油一樣冒出大量的黑煙。天然氣的組成成分不包含鉛，即在燃燒后天然氣就不會生成鉛氧化物等有害物質(zhì)。

4 新能源船舶的分類

（1）柴電動力推進船。柴電動力推進船屬于現(xiàn)代新能源船舶的一類。與傳統(tǒng)以柴油為動力的船舶不同，柴油動力推進船是通過電動機的電力作為的船只的能源。柴油動力船舶的出現(xiàn)有效解決了柴油燃燒不充分以及功耗高的問題。此外，該船只還能持續(xù)高效工作，在動力方面有較強的靈活性。其被廣泛應用于高輔助和高變荷的船舶當中。對于有靜音需求的船只也可以選擇柴電動力，這樣既可以節(jié)約運營成本，同時能夠提高能源的利用率，減少電力的浪費，使柴油能源得到充分且高效的利用，這對于現(xiàn)代環(huán)保來講具有重要意義。

（2）電池動力船舶。采用燃料電池、超級電容器以及動力電池的船只依靠電池提供的動力進行航行。從本質(zhì)上來講，電池動力船屬于電力推進船的一類。作為船只新能源推進系統(tǒng)，電池的能量轉化約為百分之六十五，這個比值遠遠超過柴油機的能源轉化。將電池作為能源系統(tǒng)的船只本身在航行過程當中不會排放如硫化物等有害氣體，其完全符合現(xiàn)代環(huán)保的發(fā)展理念。

（3）風動力推進船舶。在進入現(xiàn)代社會以來，依靠風動力的船舶被視為落后的技術。但對于現(xiàn)代社會而言，現(xiàn)代社會環(huán)境污染問題嚴重，風動力能源作為清潔能源自然受到了現(xiàn)代人的關注，英國設計出的新型帆船高效的利用了自然風力，靠風力行駛的船只已經(jīng)不弱于一些現(xiàn)代船只，其將來會成為船只發(fā)展的重要方向。

5 結語

總的來說，將天然氣作為替代柴油的新能源，其可以保持內(nèi)燃機工作原理不變，不會犧牲船舶發(fā)動機原有的動力。相比太陽能和電能，天然氣的投入成本小、化學性質(zhì)穩(wěn)定、燃燒產(chǎn)生的動力強、方便人們儲存、不會產(chǎn)生二次危害的物質(zhì)。天然氣有效節(jié)約了社會能源，也降低了對環(huán)境造成的污染。

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