1.1 現(xiàn)代交通運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響

與化石燃料相關(guān)的環(huán)境污染、全球變暖以及資源枯竭等眾多問(wèn)題，雖然與之相關(guān)的代價(jià)難以估量，但其損失是龐大而且是非直接的，且可以是經(jīng)濟(jì)上的、健康的代價(jià)或兩者共有的代價(jià)。由污染引發(fā)的代價(jià)并非僅限于健康上的危害，還包括重新栽培因酸雨而毀壞的森林，以及清洗和整修受到酸雨侵蝕的歷史遺跡等代價(jià)。同樣，與全球變暖相關(guān)的代價(jià)，還可能包括因龍卷風(fēng)造成的破壞、由于干旱毀損的莊稼、因洪水招致的資產(chǎn)毀壞以及為救濟(jì)受害居民而實(shí)施國(guó)際援助等各方面的代價(jià)。

《柳葉刀》污染與健康委員會(huì)發(fā)布了一份由40多名國(guó)際衛(wèi)生和環(huán)境專(zhuān)家撰寫(xiě)的報(bào)告，詳細(xì)闡述了污染對(duì)全球健康的不利影響，報(bào)告指出：由污染引起的疾病在2015年造成約900萬(wàn)人的死亡，占全世界所有死亡人數(shù)的16%，諸如心臟病、中風(fēng)、肺癌和慢性阻塞性肺病（COPD）等污染引起的非傳染性疾病是造成死亡的主要原因。據(jù)估計(jì)，由于污染造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)4.6萬(wàn)億美元，相當(dāng)于全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的6.2%。

近十年來(lái)，在與交通運(yùn)輸相關(guān)的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，人們致力于發(fā)展高效、清潔和安全的運(yùn)輸工具。混合動(dòng)力車(chē)輛、燃料電池車(chē)輛、純電動(dòng)車(chē)輛等已逐漸成為日后用以替代傳統(tǒng)車(chē)輛的運(yùn)輸工具。

1.1.1 環(huán)境污染

目前，大部分燃油類(lèi)地面交通車(chē)輛依靠碳?xì)浠衔镱?lèi)燃料的燃燒，以獲得其驅(qū)動(dòng)所必需的能量。在很多情況下，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)碳?xì)浠衔镱?lèi)燃料的燃燒是非理想化的，即除生成二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）之外，燃燒生成物還含有一定量的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NO_x）、鉛（Pb）、細(xì)微顆粒物及硫化物等，所有這些生成物不但污染環(huán)境，對(duì)人的健康也是有毒性的。這些一次污染物還會(huì)通過(guò)大氣化學(xué)反應(yīng)生成光化學(xué)煙霧、酸沉降等二次污染物。全球大氣污染的42%源于交通車(chē)輛產(chǎn)生的污染。隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)量的快速增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)輛排氣污染已成為城市大氣污染的主要貢獻(xiàn)者。一些城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛排放的污染物對(duì)多項(xiàng)大氣污染指標(biāo)的貢獻(xiàn)率已達(dá)到70%。機(jī)動(dòng)車(chē)輛排放污染已對(duì)城市大氣環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，必須研究改善城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛排放污染的對(duì)策和措施。

主要污染物對(duì)環(huán)境的影響情況見(jiàn)表1-1。

1.1.2 全球變暖

大量數(shù)據(jù)和現(xiàn)象表明，未來(lái)50～100年人類(lèi)將進(jìn)入一個(gè)變暖的世界。全球變暖是“溫室效應(yīng)”的結(jié)果，而“溫室效應(yīng)”是由二氧化碳和其他氣體（如大氣中的甲烷，其溫室效應(yīng)比CO₂高很多）所引發(fā)的。這些氣體截獲了由地面反射的日光的紅外輻射效應(yīng)，因而在大氣中截留了能量，并使之升溫。地球溫度的升高導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，并引發(fā)影響人類(lèi)的許多自然災(zāi)害，氣候變化風(fēng)險(xiǎn)加劇。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，未來(lái)100年全球平均地表溫度將上升1.4～5.8℃，到2050年我國(guó)平均氣溫將上升2.2℃。

近幾十年期間的觀測(cè)表明，人類(lèi)活動(dòng)是造成氣候變暖的原因。2013年，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）發(fā)布的《第五次評(píng)估報(bào)告》指出，氣候變化要比原來(lái)認(rèn)識(shí)到的更加嚴(yán)重，而且有95%以上的把握認(rèn)為氣候變化是人類(lèi)的行為造成的。近年來(lái)人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源的大量消耗帶來(lái)了溫室氣體排放問(wèn)題，而氣候變暖又是由于大氣中聚集了二氧化碳等大量溫室氣體。二氧化碳是碳?xì)浠衔锖兔喝紵纳晌铮亲钪饕臏厥覛怏w，是造成氣候變化的主要原因，而它主要來(lái)自化石燃料的燃燒。雖然二氧化碳可被植物吸收，并由海洋以化合成碳酸鹽的方式所收集。但這些自然的同化過(guò)程是緩慢的，它不可能同化所有排放的二氧化碳，其結(jié)果是在大氣中形成二氧化碳的累積。

運(yùn)輸工具在二氧化碳的排放總量中占有很大的比例，交通領(lǐng)域的二氧化碳排放問(wèn)題成為關(guān)注重點(diǎn)。據(jù)國(guó)際能源署（International Energy Agency，簡(jiǎn)稱(chēng)IEA）估計(jì)，城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛二氧化碳總排放量將從1990年的29億t增加到2020年的60億t。汽車(chē)對(duì)地球環(huán)境造成了巨大影響。

隨著城市車(chē)輛的激增，全球二氧化碳排放總量逐年增加，世界碳排放問(wèn)題日益突出，2016年世界二氧化碳排放總量達(dá)到364億t，中國(guó)占到了近30%。不過(guò)相對(duì)于2015年基本沒(méi)有增加。其中，據(jù)國(guó)際能源署2007年統(tǒng)計(jì)，全球約1/4的二氧化碳來(lái)自于交通運(yùn)輸，可見(jiàn)車(chē)輛對(duì)碳排放量的影響之大。雖然近期全球碳排放的增勢(shì)得到抑制，但是距離控制溫升2℃還相差很遠(yuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)巴黎協(xié)議的目標(biāo)，全球碳排放需要持續(xù)大幅下降。推廣使用新能源軌道車(chē)輛，減少二氧化碳排放量，是國(guó)家節(jié)能減排的必然選擇。

控制消費(fèi)和節(jié)約能源是減少二氧化碳排放量的重要途徑。僅在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，人均能源的消費(fèi)指數(shù)為1～3不等，這就表明，節(jié)約能源的余地是極大的。當(dāng)然，還可以考慮保持適當(dāng)?shù)南M(fèi)水平，同時(shí)利用那些不會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)的替代品來(lái)取代那些會(huì)造成污染的能源。

1.1.3 能源現(xiàn)狀

石油是從地下采掘的礦物燃料，是活性物質(zhì)分解的生成物，這些物質(zhì)在幾百萬(wàn)年前（奧陶紀(jì)系）被埋藏在穩(wěn)定的地質(zhì)層中。其過(guò)程大致如下：活性物質(zhì)（主要是植物）死亡，并慢慢地被沉積物所覆蓋；這些沉積物日積月累形成半固體層，且變態(tài)為巖石；活性物質(zhì)就封存在一個(gè)密閉的空間內(nèi)，在該處高壓和高溫作用下，緩慢地變換為碳?xì)浠衔锘蛎旱任镔|(zhì)。該過(guò)程歷經(jīng)上百萬(wàn)年完成，這也是以地下采掘的燃料為地球資源之所以有限的原因。

世界能源主要包括石油、天然氣、煤炭等，而目前全球交通運(yùn)輸業(yè)的燃料絕大部分來(lái)自于石油及其衍生品——汽油和柴油等。根據(jù)2017年《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年，全球探明石油儲(chǔ)量增加了150億桶（0.9%）至1.707萬(wàn)億桶，按照2016年產(chǎn)量水平，滿(mǎn)足世界50.6年的產(chǎn)量。全球石油用量增長(zhǎng)強(qiáng)勁，增幅1.6%，日用量增加160萬(wàn)桶，連續(xù)第二年高于其十年平均增速。印度（增長(zhǎng)30萬(wàn)桶/天）和歐洲（增長(zhǎng)30萬(wàn)桶/天）的需求增長(zhǎng)強(qiáng)勁，而中國(guó)的需求雖繼續(xù)增長(zhǎng)（增長(zhǎng)40萬(wàn)桶/天），但增幅與近年的水平相比有所下滑。

全球探明煤炭?jī)?chǔ)量足夠滿(mǎn)足153年的全球產(chǎn)量，大約是石油和天然氣儲(chǔ)量的三倍。分地區(qū)而言，亞太擁有最多的探明儲(chǔ)量（全球的48.5%），其中中國(guó)的儲(chǔ)量占全球總量的21.4%。美國(guó)仍擁有最大儲(chǔ)量（全球的22.1%）。

截至2016年底，全球天然氣探明儲(chǔ)量為186.6萬(wàn)億m³，微增了1.2萬(wàn)億m³（0.6%）。和原油儲(chǔ)量一樣，該儲(chǔ)備足以保證多于50年（52.5年）的生產(chǎn)需要。緬甸（+0.7萬(wàn)億m³）和中國(guó)（+0.6萬(wàn)億m³）是儲(chǔ)量增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)者。

根據(jù)2017年《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國(guó)占全球能源消費(fèi)量的23%，占全球能源消費(fèi)增長(zhǎng)的27%，仍然是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)。盡管煤炭仍是中國(guó)能源消費(fèi)中的主要燃料（占比為62%），但是其產(chǎn)量下降7.9%，創(chuàng)下自1981年開(kāi)始追蹤該數(shù)據(jù)以來(lái)最大年度降幅。預(yù)計(jì)2020年，我國(guó)能源消費(fèi)總量約為45.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占一次能源比重降至58.2%，天然氣比重升至8.9%，非化石能源比重升至15%。

石油的消耗量（對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)量）與發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)同步逐年增加。其中，隨著某些人口大量聚居國(guó)家的迅速發(fā)展，石油消耗量很可能呈現(xiàn)巨大的增長(zhǎng)，特別是在亞太地區(qū)。國(guó)際能源署（IEA）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，預(yù)計(jì)到2020年交通領(lǐng)域用油占全球石油總消耗的62%以上。我國(guó)是一個(gè)能源短缺的國(guó)家，已探明石油儲(chǔ)量約160億桶，約占世界儲(chǔ)量的1.1%，但卻是一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)。我國(guó)的石油消耗量?jī)H次于美國(guó)，位居世界第2位，原油消費(fèi)年均增長(zhǎng)率為6%以上。

汽車(chē)是石油的主要消耗者，目前世界汽車(chē)保有量約9億輛，預(yù)計(jì)到2030車(chē)保有量將突破20億輛，主要增量來(lái)自發(fā)展中國(guó)家。我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量逐年增加，2009年我國(guó)共生產(chǎn)汽車(chē)1379萬(wàn)輛，居世界第1位，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于排名第2位的日本（793.45萬(wàn)輛）。2010年達(dá)到1826萬(wàn)輛，我國(guó)已連續(xù)多年成為世界第一汽車(chē)生產(chǎn)大國(guó)和第一新車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)。

我國(guó)汽車(chē)保有量也迅速增加，截止到2018年，全國(guó)汽車(chē)保有量已突破2億輛。在石油進(jìn)口依存度持續(xù)上升情況下，國(guó)際石油價(jià)格直接影響到我國(guó)的能源安全、經(jīng)濟(jì)安全乃至國(guó)家安全。在交通領(lǐng)域，汽車(chē)消費(fèi)的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致石油消耗加速增長(zhǎng)，這也使得我國(guó)石油對(duì)外依存度每年都在不斷攀升。有關(guān)資料顯示，2000年該比例為33.8%，2006年為46%，目前我國(guó)石油消耗的60%以上依賴(lài)進(jìn)口，而汽車(chē)的石油消耗占國(guó)內(nèi)石油總需求的43%。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年上述比例將分別增至76%和57%。目前，全國(guó)汽油的消耗主要是汽車(chē)消耗，約占87%，而汽車(chē)柴油的消耗占38%左右。從我國(guó)單車(chē)耗油量來(lái)看，平均單車(chē)所耗油的實(shí)際值約2.5t，比美國(guó)高10%～25%，比日本高1倍以上。