摘要：現今，汽車制造商正在探索利用下一代能源的發動機的新可能性。雖然豐田MIRAI等所使用的氫發動機以氫為燃料，但是在氫儲存和運輸方法等方面存在許多課題。本文中將對氫燃料、合成燃料以及通過培養微藻制成的生物質燃料這三種下一代能源的特點和課題進行簡單介紹。
關鍵字：氫、合成燃料、生物質燃料、可持續燃料、氫發動機、下一代能源
1、使用高壓壓縮后的氫，實現了充足的動力性能和驚人的續航里程
在2021年賽季的日本汽車超級耐久賽上，利用氫燃料驅動的卡羅拉運動版高速行駛。豐田汽車的氫發動機日益成熟，很多汽車愛好者都為感受到了發動機的新可能性而高興。
除了豐田，其他汽車制造商，例如雅馬哈發動機株式會社和川崎重工業株式會社也在開發氫發動機的摩托車。
然而，氫是最輕的元素，因此存在能量密度低的缺點。將氫用作能源時，需求量巨大，因此必須增加其密度。
豐田MIRAI等燃料電池汽車（FCV）搭載的氫氣瓶以70MPa的高壓壓縮氫氣，實現了充足的動力性能和驚人的續航里程。
氫的能量密度低，因此將其用作能源時用量龐大。豐田MIRAI等通過高壓壓縮來彌補能量密度低的問題
豐田MIRAI
氫在地球上幾乎是取之不盡的，氫能源可以說是理想燃料。當將氫用于量產車輛時，通過使用氫發動機與電機組合而成的混合動力，可以顯著提高燃油效率。
然而，使用氫作為燃料還存在其他課題。如果利用可再生能源電力來電解水制氫的話，幾乎可以實現零碳，但從成本的角度來看，還需要很長時間才能實現。
下一代燃料大致分為三種。第一種是氫。但由于氫很輕且密度小，因此存在不適于儲存和運輸的缺點。而其余兩種下一代燃料可以解決氫的儲存和運輸問題。
2、利用氫制作液體合成燃料
第二種下一代燃料是合成燃料。顧名思義，其是一種以化學方式生成的液體燃料。合成燃料的原料是由可再生能源制成的氫和從工廠或家庭排放的CO2。通過使用可再生能源電力進行化學合成，可以制成以烴為成分的液體燃料。
合成燃料是解決氫的低能量密度和運輸困難問題的一種手段。在脫碳對策方面，最近利用合成燃料的動向在歐洲和日本都很引人注目。
豐田在2021年的汽車超級耐久賽上派出搭載有氫發動機的卡羅拉運動版，并宣布將在下個賽季的汽車超級耐久賽上使用合成燃料驅動GR86。
日本斯巴魯株式會社也計劃在特殊認證車輛的ST-Q級中使用合成燃料來驅動BRZ。BRZ上搭載基于市售車的水平對置發動機，而GR86上搭載GR Yaris的直列三缸渦輪發動機，并且其排量降至1.4升。
豐田運行搭載有氫發動機的卡羅拉運動版賽車，宣布將在下個賽季使用合成燃料運行GR86
兩家企業或許是希望通過使用不同類型的動力單元，通過相同條件下的行駛從而獲取更多的數據。
但是，將氫與碳結合，并在不燃燒的情況下使其液化需要來自外部的能量，將CO2轉化為CO，并與氫反應，從而生成水和合成燃料。如果要使合成燃料成為主流燃料，其成本需要降低到目前汽油價格的兩倍左右。
相比先消耗能量使氫成為液體燃料，直接燃燒氫效率更高。這樣考慮的話，使用氫發動機更合理。不僅限于汽車的發動機，將氫燃料用于發電的開發也在進行中。
3、由植物、藻類、廢油等制成的生物質燃料
最后介紹的下一代燃料是生物質燃料。人們很早便開始研究和引入生物質燃料。在大量種植甘蔗的巴西，很長時間以來一直使用汽油和乙醇的混合燃料。美國印第賽車也使用了乙醇作為燃料。
使甘蔗或玉米發酵來制成乙醇會導致甘蔗或玉米無法食用，引起食物短缺問題，為此還考慮了一種從速生植物中制造乙醇的方法。這種乙醇是第二代生物乙醇，其不是將糖質轉換為乙醇，而是將膳食纖維轉換為乙醇，因此存在效率低的缺點。
目前，作為第三代生物質燃料，正在進行培育微藻類以制造燃料的研究。世界上有2000多種藻類，其中許多種類都有在體內制造油并儲存的特性。通過培育這種藻類，進行榨油和重整后用作燃料。
日本IHI株式會社在該領域擁有最先進的技術，其成功研制出一種由微藻類制成的可持續航空燃料（SAF），并將其用作日本國內航班的燃料。
株式會社電裝多年來一直在研究利用微藻類的生物質燃料，并且與豐田共同開發這種生物質燃料以用作汽車燃料。
馬自達株式會社與廣島大學等合作，開發利用微藻類的生物質燃料，與此同時，在2021年的汽車超級耐久賽上派出了使用“SUSTEO”（日本悠綠那株式會社所開發的由食用廢油重整制成的生物質燃料）作為生物柴油的馬自達 2 SKYACTIV-D 1.5。“SUSTEO”已經在公共道路上進行了實證實驗，因此完成超級耐久賽將不存在問題。
第三代生物質燃料通過培養微藻類來制造。此外，悠綠那株式會社開發了一種由食用廢油重整制成的生物質燃料“SUSTEO”，并已在公共道路上進行了實證實驗。
悠綠那作為一家初創企業，成功實現人工培育微藻類——眼蟲。如果能夠培育出比眼蟲具有更高儲油性質的藻類，則有可能立即在實用化上取得突破。
雖然培育生物質燃料的原料——微藻類所消耗的能量較少，但大量培養需要廣闊的用地，并且由于臺風等災害，失敗的風險很大。另外，培育時需要利用太陽光，因此養殖池僅限于室外。
此外，世界汽車拉力錦標賽(WRC)將從2022年開始引入生物質燃料和合成燃料的混合物，稱為“可持續燃料”。其通過從工廠等排放的CO2中提取碳，用可再生能源從水中提取氫制造合成燃料，然后混合由植物等制成的生物乙醇而制得。
在賽車運動界，不僅是日本，世界范圍內都開始傾向于采用可持續燃料。而且，初期將通過采用合成燃料或生物質燃料與化石燃料混合來加速普及，擴大規模并降低成本。
20年后的2040年左右，在個人移動出行領域，車主或將大致分為三類：共享電動汽車、電動汽車車主以及混動車車主。
雖然本田宣布將放棄發動機，但在看到其他日本制造商都在為了延續發動機而傾注努力后，未來有一天本田或許會改變其方針。
出處：前沿研發信息介紹平臺
