科学技术的发展动力（通用8篇）
技术创新--企业发展的不竭动力
伴随着共和国前进的步伐,迎着新世纪的`晨曦,中港第一航务工程局迎来了55岁生日,也是中国筑港事业由创业到发展的第55个年头.55年,漫长而短暂的岁月,它记录了一局起伏跌宕、绮丽多彩的历史,更饱含着我们的激情和奉献.回首往事,我们不难发现:我局的发展和壮大始终是以技术进步为主要推动力,技术进步工作也是在解决施工生产的重大问题中取得了累累硕果,今后,我们仍将坚持科技兴局之路,再攀高峰,为把我局建设成管理科学、技术先进的现代化大型企业而奋斗.
作 者：徐元锡 XU Yuan-xi 作者单位：中港第一航务工程局,天津300042刊 名：中国港湾建设 ISTIC PKU英文刊名：CHINA HARBOUR ENGINEERING年，卷(期)：“”(5)分类号：F403.6关键词：
一、两种模式
在事物的发展过程中,针对事物发展变化的原因,马克思主义哲学始终强调一点:内因是基础,外因是条件;内因决定外因,外因通过内因起作用。“外在论和内在论的争论和斗争之所以是一个死胡同,其原因在于,两者都是形而上学地考察内史和外史的相互关系,把它们绝对化,仅仅看到其中的绝对对立。”[2]“科学”作为一个特殊的研究对象,科学史的研究经历了由内史到外史再到综合史的“内—外—整”发展模式,而科学发展的动力似乎也正经历着“内—外—整”的发展模式。不同时代的研究者在积极探索,每一种观点都有合理的一面,也都存在着或多或少的不足,似乎是这些不足推动了科学的发展和进步。通过笔者对前人已有工作的疏厘,科学动力学大致可划为正统解释模式和非正统解释模式两种。
正统解释模式。从逻辑实证主义到证伪主义,再到科学历史学派,围绕科学问题的来源和科学划界标准展开了激烈的讨论。前期逻辑实证主义把知识的发展看作是静态的累积,主张科学服从逻辑规律和实验的证实。后期逻辑实证论主张,理论不是静态的积累,而是变化的实体,只是它的动力之源在其内部,是上下文的语境。库恩则彻底反对累积观,强调了常规科学到新的常规科学发展过程中革命的积极作用,社会的外在动力是不可忽视和磨灭的。
前苏联学者有着自己独特的认识,“60年代,与研究科学知识的构成和结构一起,国内哲学开始积极地研究它的起源和发展问题。大概在这段时期国外的科学哲学开始显露出从分析已经形成的、‘现成的’科学知识转向研究它的发展。尽管确实考虑了国外著作的影响,但也可以证实,对科学知识的建立和发展的兴趣并不是对国外科学哲学转折的简单反映。对国内哲学所关注的问题的研究是独立进行的,就相应的国外的研究而言是平行进行的,甚至常常是超前的。”[3]
汉纳(Joseph F.Hanna)在《科学客观性的范围和界限》中指出:“一般认为,科学的一个最突出的优点就是它的客观性。科学的范围是客观世界,科学的界限则是由形式研究和经验研究的客观方法的界限决定的。”[4]而科学反实在论者则通过其他形式表达着自己的想法,认为科学的客观性是建立在占统治地位的意识形态和或权利关系基础之上。把理论的发展过程看成是从主观价值需求或自然语境下出发的“纯形式”的选择。“根据说明原理来对知识进行组织和分类才是科学与众不同的目的……对说明的完备性的不断追求是推动科学发展的一个主要动力,因为那标志着我们对于自然界及其产物的理解正在不断加深。”[5]这种正统的解释模式是“实践——科学主体——中介——科学客体”关系的表达,后来转化成科学认识与客观实在的关系问题,强调在实践基础上科学主体对客体的认识产生经验和知识。
图1 正统解释模式
非正统解释模式。科学是中立的还是经验荷载理论?寻找事物或者现象的规律性成为科学发展的动力之一。
①科学=f(理性)或科学=f(逻辑)
②科学=f(理性、非理性)或科学=f(逻辑、社会、心理、历史、文化)
③科学=f{f[理性(逻辑)]、非理性}
④科学=f[逻辑、社会、心理、历史、政治、经济、文化]
⑤科学=f[逻辑、社会、心理、历史、政治、经济、文化、种族]
⑥科学=f[逻辑、社会、心理、历史、政治、经济、文化、性别]
⑦科学=f[逻辑、社会、心理、历史、政治、经济、文化、性别、伦理……][6]
在上面给出的科学动力要素发展过程中,不难发现其中的一些变化:一方面出现了多元化趋势,非理性要素占主导地位;另一方面外在社会因素取代了主体因素的位置。
二、结构分析
无论是自然科学还是社会科学,都是人类智慧的结晶,是理论化系统化的知识表达形式,都是人类文明最高程度的体现。只是由于主体的不同需要才将科学知识划分为不同的领域,“科学”就是“科学主体——中介——科学客体”相互联系相互作用的结果,是社会活动过程的产物,同样遵循认识的一般规律。巴伯在其名著《科学与社会秩序》的导言中指出:“我们需要一种对科学的系统理解,我们需要一种把科学本质的这种多样性与其内在的整合性和统一性联系起来的方法,科学并不是要素与活动的杂乱无章的组合,而是一个具有凝聚性的结构,其各部分在功能上有互相存在的关系。简言之,我们需要对科学本身有一个更科学的理解。获得这种对科学的系统理解的一种方式,一种显而易见的但有点被忽视的方式,就是首先从根本上把科学看作是一种社会活动,看做是发生在人类社会中的一系列行为”。[7]
客体的同一带来知识的统一。我们面对的是同一个物质世界,有时甚至面对的是同一种物质或同一种现象,对物体或现象进行描述和解释时,必然要进行分析,分析其组成要素、组成要素的性质是什么,以及组成要素之间的关系和结构。但是,当我们诉求物体或现象背后的原因时,就会不自觉地进入其他知识领域,说明知识之间是相通的,人为制造的知识对立过于简单,存在局限性,是不科学也不现实的。
主体差异带来知识的互补性。“科学家”作为一个群体的类本性当然是相同的,但是每一个人又都有自己独特的一面,在这个意义上来理解,科学家与科学家彼此又是不同的。科学的发展可以看成是“科学家”不断探索未知领域知识的过程,科学主体的理性思维和非理性思维差异是产生知识多样性和互补性的主要原因。其中科学主体实现个人价值和社会价值的心理活动,可能是我们一直都没有注意过的一个重要因素。因为这样的心理活动是科学主体经验、知识背景、社会(文化)环境等众多因素的相互作用的反映,是导致主体行为的直接动因。
科学主体的个人价值取向(包括个人的兴趣和爱好)往往能极大地激发人的创造力和求知欲。遇到科学危机或者科学反常的时候,在已有的知识体系内消化未知的知识是人最初的一种心理依赖,在某一种知识领域得不到解决的情况下,自然会寻求其他领域知识,尝试新的解决方法和解决思路。
科学方法论的整合趋势。传统的科学方法论研究仅限于讨论自然科学范围内的方法,是一种简单的、线性的思考。把观察与实验、归纳与演绎、分析与综合等方法看成是解决科研问题中不同阶段采用的不同步骤而已,是一种科学方法的堆砌制造。这样的研究缺乏生长活力和前进动力,没有发现这些科学研究方法彼此间内在的联系。
随着系统理论的兴起和发展,自然科学与社会科学的整合趋势加强,科学方法论适用的范围超出原有界定的区域,整合趋势也越来越明显。观察和实验不再只是收集资料,甚至可以成为做出结论的直接依据;归纳的结果为分析提供基础,演绎的结论为综合提供指导;分析是演绎结论的深刻性延伸,综合是归纳结果的广延性扩展,等等。
三、协同模式
科学作为一个特殊的研究领域存在,既然是一个开放的知识体系,那么同样就会与周围环境进行能量、信息的交换,系统理论的规律性结论一样应该适用于它。米库林斯基提出了综合论路线,“通过科学的层次分析,解决外史要素的‘内化’问题(即转化为科学发展的内部要素)。他认为在宏观层次上,一个时代的总体科学系统是由认识论要素和社会要素相互结合决定的,而在微观层次则是通过科学共同体的科学世界图景的中介作用,把外部要素转化为对具体科学认识发展起推动作用的内部要素。”[1]
协同学把表征子系统状态及它们之间耦合的所有量的临界行为分为两类:一类是对系统演变过程的性质并不起主导作用,处于次要地位的隐参量;另一类是决定系统演变的最终状态或结构的序参量。由于环境条件和边界条件对它们的生长有利,当系统达到临界点时,序参量出现了临界无阻尼现象,驱使着其它隐参量的运动,通过自组织的张力形成科学发展的动力。苏联科学院院士斯焦宾(В.Степин)强调说:“当今协同学不仅是构建表现于相应本体论原则之中的本体论所面临的问题,而且是将这些原则纳入到世界科学图景中所面临的问题,协同学渴望成为世界一般科学图景的核心。”[8]
苏联学者库久莫夫(С.Курдюмов)和马里涅茨基(Г.Малинецкий)提出这样一种观点“Изучаются сложные самоорганизующиеся системы,причем акцент делается на внутренние свойства как на источник саморазвития.我们研究复杂的自组织系统,要分析常见的对象,重视作为自我发展的源动力的内部属性……在这样的系统中整体反映了部分性能,但也反映了整体性能。”[9]所以,笔者试图将科学动力学与协同学的理论结合起来,认为应该转变原有的科学动力发展模式,不是从外部寻找,而是通过外部因素寻找内部张力,其动力是自发的,特别是科学主体的个人价值和社会价值两个维度,可以说明科学活动主体才是科学发展的主要动力。
个人价值的内在驱动。爱因斯坦曾经说过,兴趣是最好的老师。科学兴趣和科学爱好来自于个人的本源需要,是追求科学真理的一种趋向性心理状态,是科学研究的根本动力。主要表现在对科学发展的促进作用,对个人科学研究活动的激励作用,是从自发感性到自觉理性的内驱力之一。任何一名科学家一旦对某一事物有了强烈的兴趣和爱好,可以不考虑环境、条件等因素而心甘情愿地做科研,体会过程和结果带给他的无穷快乐。科学兴趣和科学爱好会伴随人的一生,持续稳定地发挥应有的效能,可以丰富我们的知识、开阔我们的视野、提高我们的生活,这样的内在驱动可以看成科学动力学发展的序参量。
多种因素的扰动涨落。科学假说作为一种假设性推论,是科学家根据科学过程中的新现象、新事实,探索未知领域活动的行为。无论最终科学假说被证实还是被证伪,将使科学研究活动全方位展开,会对科学研究发现新事物、形成新理论起到桥梁或先导性作用。受不同的科学发展水平限制,科学假说呈现尝试性和暂时性的特点。
科学想象是在大量观察、调查、实验等材料基础上,依靠主体理性思维重新组合图像、模型的能力。科学想象有自己独特的结构和发展规律,是科研活动中最活跃、最积极、最有创造性的因素,对兴趣和爱好有促进补充的作用。在科学研究过程中具有不可替代的作用,为推动整个科学活动的进步提供创造力,但受外部环境影响比较大,所以呈现易变性、阶段性的特点。
上述因素在不同的条件下出现,虽然在某一方面会有积极的表现,但是因为持续发挥作用的时效有限,不会对科学发展起到主导性的支配作用,所以只是科学动力发展中的隐参量。
社会价值的外部条件。历史唯物主义早就证明,社会的进步是生产力和生产关系、经济基础和上层建筑这一基本矛盾的结果。科学研究活动作为社会历史活动的一个领域,同样是社会基本矛盾下的产物,不同的历史时期产生不同的科学使命,同样受到外部社会环境的持续推动。在政治、经济、文化、组织管理等方面,总会出现社会结构、社会环境、社会行为规范等等一系列新现象和新问题,哪一方面哪一问题处理不好,都会把科学研究活动这样复杂的开放系统推向远离平衡态,在临界点上都有形成新的稳定系统的可能。
随着研究的深入,我们深刻认识到:科学自身要素之间、科学研究活动与外部条件之间的联系愈发紧密,单纯强调科学发展的内因或者外因都不能全面而充分地说明科学发展的动力,科学
的发展进步是内、外两方面多种要素合力作用造成的。只是在科学活动过程中要素与要素的地位是不一样的,按照马克思主义哲学的观点,归根结底还是外部要素通过内部要素起作用,特别是科学主体不再是游离于科学知识之外的一个要素,科学主体才是科学发展的重要推动力。在科学主体的引导下,科学发展的协同模式必将成为新时代的新特征。
参考文献
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据了解，长城在全世界设有三个专业实验室，在全球注册专利200余项，取得科技成果500余项，并承担火炬计划及“十一五”计划等国家重要科技项目。
回顾长城发展初期，时任中国长城计算机(深圳)公司副总经理的卢明率领他的“科技部”，在“七五”期间取得了数十项科技成果。从1987年5月开始，第一台国产286微机“长城286”在北京展览馆正式发布，年产量2万台。此后的三年时间里，长城发布了中国首台386微机，开发了国内第一块ASIC专用芯片……长城高档微型计算机及中文系统先后荣获国家科技进步二等奖、电子工业部科技进步一等奖，一度占据了中国国产计算机市场35％的市场份额。
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长城电脑还自主研发并在国内较早推出了时尚系列小尺寸笔记本电脑，以及具有3G上网功能的“12英寸便携数字中心”，其移动便携性和作为移动数字产品的整合平台，获得国内外客户的广泛青睐。
显示器领域，长城同样具有核心技术优势。显示器自主创新的“动态脉宽技术”，降低了显示器待机与关机状态时的功耗，同时该技术被信息产业部作为第一批推荐技术向社会推荐，充分体现了公司的技术创新水平、节能环保意识和社会责任感。
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但是，长城并没有沉醉于历史的功勋薄上，在2010年4月28日，长城发布了两大系列平板电脑——Gpad和Gbook，横跨X86架构和ARM架构，不仅是国内首家推出平板电脑的厂商，而且是全球范围内最早发布两大架构平板电脑的厂商。产品中融入了触屏压感及多点触控的技术，同时兼顾了商务及娱乐用途，内置WiFt及3G无线互联技术，让用户体验到超乎想象的科技新境界。
纵观今天的长城电脑已建立了中国最完备的IT产业制造链，涵盖计算机整机制造及周边产品、计算机核心零部件，网络及数码产品领域，包括电源、显示器、硬盘等，除CPU外全部都可以自己设计制造，已经形成了“上下游产品紧密衔接，前后关联、互补性好、自我配套能力强的产业链”。
摘要:论述了传统内燃机在汽车动力应用方面遇到的挑战,探讨了先进内燃机技术、混合动力汽车、燃料电池汽车、电动汽车等的各种动力技术的发展状况及应用前景,并对各技术做了综合比较分析。
关键词:汽车;内燃机;混合动力;燃料电池；新动力技术
对于汽车动力,目前人们最关注的是环保和节能两个主题。环保方面主要涉及有害污染物及温室气体排放、振动与噪声等;节能方面主要关注能量转换效率,对汽车的主流动力———内燃机来说就是考察燃油里程数。1993年9月出台的美国新一代汽车合作计划(PNGV)要求在10 a内将家庭轿车的平均燃油效率提高到1994年的3倍,即在2004年使家庭轿车的燃油里程数达到34 km/L[1]。对内燃机来说,主要是提高热效率。对替代动力技术如燃料电池而言,就是化学能转换为电能的效率。近年来,全球气候变暖的问题日趋严峻,世界各国开始采取措施控制CO2的排放,但迄今为止并未取得明显进展,其根本原因在于热机效率很难提高。因此,降低CO2排放的根本出路是采用高效率的动力系统。另外,各国对汽车动力的排放法规要求日益严格。欧盟1999年通过的法规要求2008年采用先进后处理技术的轻型车用柴油机欧洲瞬态循环(ETC)测试中NOx排放要降低到2 g/(kW•h),CO降低到4 g/(kW•h),PM降低到0.03 g/(kW•h)[2]。如何满足日益严格的排放法规要求同时又要提高能量转换效率,是车用内燃机的生存压力,也是发展动力。21世纪对汽车动力的要求是高能量转换效率,接近零排放,当然这要以低成本、良好经济性、高可靠性和高功率密度为前提。车用内燃机的前景
车用内燃机是CO2排放的主要源头之一,占总排放量的1/3[3]。因此公众舆论普遍认为车用内燃机是导致全球气候变暖的主要因素,学术界及工程界开始努力寻求替代动力技术。由于传统内燃机的有害排放物如NOx,PM,CO,HC等对人类健康危害很大,加之能源短缺等问题,车用内燃机正面临着严峻的“生存危机”。针对这种局面,内燃机工程界正努力开发新型超低排放节能的车用内燃机,尽可能提高热效率并降低有害排放物及噪声。汽油机和柴油机是目前最主要的两种车用内燃机。汽油机尽管在采用了三元催化装置后排放污染很低,但燃油消耗始终是个大问题;柴油机的经济性要好于汽油机,但其NOx及PM排放问题一直都难以解决。可见,传统内燃机很难达到PNGV要求的。于是近年来对传统内燃机的革新技术纷纷涌现,其中最具代表性的有汽油直喷技术(GDI)、先进压燃直喷技术(CIDI)和均质充量压燃(HCCI)等3项技术。
1.1 汽油直喷(GDI)GDI技术早在20世纪30年代由德国最先开发,但由于当时控制手段欠缺而被摒弃。1996年日本Mitsubishi公司开发了GDI样机。该GDI样机与传统进气道喷射(PFI)汽油机相比燃油经济性提高了35 %[3]。GDI在低工况时采用压缩行程喷射,利用活塞顶的复杂形状形成分层充气,进行稀薄燃烧;在高工况时采用进气行程喷射,形成均匀混合气。GDI发动机的两种工作模式使得其在提高燃油经济性和降低排放上都取得收益,但GDI的研发中还面临很多问题。首先,这种发动机的供油系统要比PFI复杂得多,采用高压(喷油压力为4 MPa~13 MPa)共轨汽油喷射系统和涡流雾化喷嘴,其成本要大大高于PFI系统,GDI在燃油经济性上的收益能否抵偿其高成本就是关键问题;另外,GDI可能还要采用多段喷射,变涡流和滚流控制硬件,这样批量生产时能否保证系统可靠性不受系统复杂性的损害也是难点;再者,GDI控制系统的控制策略和算法是否能够满足发动机从晚喷、分层充气到早喷、均匀充气运转的顺利过渡,并达到目前的PFI发动机的驾驶性能也是技术难点[4]。
1.2 先进压燃直喷技术(CIDI)1997年,美国PNGV计划将先进CIDI发动机列为实现34 km/L燃油里程并用于轻型混合动力汽车的最有前景的技术之一。2000年,GM,Ford和Daim-ler—Chrysler公司的PNGV概念车都采用CIDI发动机。美国能源部重型车辆技术办公室(OHVT)计划在2004年将使用CIDI的轻型卡车的燃油经济性提高35 %,同时满足排放法规要求。CIDI在热效率上的优势勿庸置疑,其在应用和研发上的关键在于排放控制。由于柴油机扩散燃烧的特点,对NOx和PM实现机内控制非常难,对CIDI发动机排放控制的研发重点在于后处理系统。Cummins公司采用NOx吸收器以满足2004年研发目标;DDC公司采用尿素选择催化器控制NOx。对于PM的控制主要采用陶瓷过滤装置,该装置的研发热点是再生问题[5]。
1.3 均质充量压燃(HCCI)HCCI这项新的燃烧技术给内燃机在21世纪的继续发展带来了曙光。这项技术是汽油机与柴油机的杂交技术。20世纪80年代初,大连理工大学胡国栋教授创造性地提出了该思想,称之为柴油机热预混合燃烧方式[6,7],并进行了深入研究
[8,9]。其主要内容是在压缩着火前将全部燃料喷入缸内,快速形成均质稀薄混合气,并将着火点控制在上止点后,从而实现较低缸内压力和温度下的快速燃烧,达到高效清洁的目的。这种燃烧方式的优点是多点同时着火,燃烧迅速(热效率高),燃烧温度低(NOx生成率低)。由于这种燃烧方式解决了降低NOx排放与提高经济性的折衷问题,成为高效清洁内燃机研究的热点。已有的研究报告表明,与传统柴油机相比,HC-CI燃烧的NOx排放降低了90 %~98 %,已经达到了测量极限,近似零排放(EZE);PM也显著降低[12]。由于热效率高,HCCI的经济性也明显好于传统内燃机。但HCCI燃烧方式也并非完美无缺,因为其要求稀薄混合气,其功率密度比传统内燃机小;由于采用压燃,预混合气的着火时间难于控制;另外,现有的HCCI样机普遍存在高负荷时燃烧变坏,排放变差,油耗高的问题。这些问题是HCCI燃烧方式在内燃机上实用化的主要障碍。针对这些问题,人们提出3种解决方案,即改变燃料供给方式,采用废气再循环(EGR)和增压,采用分段燃烧[12]。HCCI是一种很有发展潜力的燃烧方式,在排放和热效率方面都能达到PNGV的要求;由于省去了高压喷油系统及采用贵金属材料的后处理器,HCCI内燃机的初
始成本与CIDI发动机相比有优势。所以美国能源部将HCCI认定为应给予长期研发支持的远期技术,并预计于2010年在轻型卡车上投入商业运营[13]。在替代动力技术成熟之前,以HCCI燃烧方式为代表的新型高效、清洁、节能内燃机在21世纪仍将是汽车动力的主流。混合动力的发展前景
所谓混合动力汽车(HEV)即动力系统由原动机、发电机/电动机、储能设备等组成,HEV的动力系统一般有串联、并联或串并联混联3种形式。原动机通常采用内燃机,少数采用燃料电池。图1是采用内燃机为原动机的混合动力的两种系统布置形式。图1 混合动力系统布置形式串联方式是将内燃机加入到电动汽车(EV)中给电池组充电,驱动则完全由电池及电机完成,动力传送及控制都是电气方式的,并联式则是将内燃机和电池加入到传动系中,辅助传动系加速和回收制动能。串联式的好处在于排放近似为零,控制系统相对简单,对零件选择相对范围广;但对电池组的容量及效率要求很高。并联式则在降低油耗方面优势明显。从成本和总体性能考虑,采用高性能电池组的并联式HEV更有吸引力[14]。日本Honda公司开发出了排放低于世界上最严格的美国加州ULEV标准的HEV[15]。美国GM公司的Precept,Ford公司的Prodigy等均已上市。日本Toyota公司的Prius混合动力汽车已经批量生产。目前HEV的成本较内燃机汽车高,电池组能量密度不高,对轿车和轻型车而言,附加质量大,使整车质量增加。从HEV的研究发展看,这些缺点都将在近期内得以克服。尽管从价格上看,HEV要明显高于内燃机汽车,如Prius的价格高于同类型内燃机汽车的30 %~50 %,但形成批量生产之后,价格必然会下降到接近内燃机汽车。PNGV对HEV的电池组容量的要求是单位质量功率(充/放电)为1 kW/kg,按此要求电池组的质量为50 kg~100 kg;功率能量比大于20。从已有研究看,柱状电池的功率密度非常大;采用NiMH或Li—Ion材料的电池已经通过验证,NiMH已经投入使用,Li—Ion也即将投入使用[14]。附加质量大的问题对小轿车尤为突出,若不能很好地解决,则混合动力带来的经济性就会被抵消掉。因此尽可能减小电池组、电机及其他附件的质量是小型HEV发展的关键。另外,对小轿车的整车进行改进设计,以减轻其自身质量也是有效措施,Honda公司的Insight就采用了这种办法,对于城市大型公交车来说,因为其自身质量大,附加质量不会带来太多的负面影响。因此,城市大型公交车的混合动力研究是最容易看到效益的。作为内燃机汽车与电动汽车的杂交技术,HEV综合了“双亲”的优点,并最大限度克服了它们的缺点;既具备传统内燃机能量储备多,运行里程远的优点,又能使内燃机运行在高效率、低油耗的区域内,避免怠速运转,并能回收制动能。HEV的研究为内燃机在21世纪的继续发展又提供了空间,以HCCI内燃机为原动机的HEV具有很强的生存能力和竞争力。燃料电池的发展前景
由于具备高能量转换效率、零污染、低噪声的优势,燃料电池(FC)是最有前途的汽车替代动力之一。实际上,FC并非新技术,在航天领域早就得到应用,德国还以FC作潜艇动力。但由于成本高、运行条件要求苛刻等原因,FC一直不能在汽车动力上有所作为。近年来在环境污染和能源危机两大问题的驱动下,人们开始研究FC在汽车动力上的实用化。PNGV把FC作为PNGV汽车的高效低污染动力的研究目标[16]。2003年,美国又启动了
Freedom-CAR计划,它实际上是PNGV计划的修订版,是美国为了摆脱对进口石油的依赖,决定采用的国家与企业长期合作开发研究以H2为燃料的低成本、高效、无污染FC汽车计划[17]。FC以可燃物质作为正级反应物质,以空气中的O2或纯O2作为负极的反应物,在两
电极之间设置电解质进行燃料的氧化反应,产生电流,生成物为水。FC的有害排放只有少量的CO和挥发性有机化合物(VOC)。由于燃料电池汽车(FCV)的H2燃料是从其他燃料中提取并存储起来或在车内直接改质而来,FCV也不能避免间接或直接的温室气体排放。但FCV的温室气体排放量仍大大小于内燃机汽车(ICEV)的排放量。图2是FCV与ICEV在温室气体排放方面的比较[18]。图2 FCV与ICEV在温室气体排放方面的比较这里的温室气体排放是以燃料经济性为基准衡量的,其中的CO2排放成分也被折合到等效CO2排放之中。汽油改质型燃料电池汽车的CO2排放比ICEV低得多,其最佳情况下CO2排放的降低程度达33 %;H2燃料FCV的CO2排放可降低39 %。开发FCV存在的主要问题是:FC功率密度小,价格昂贵,整体性能竞争力仍不够。FCV必须克服质量、体积、额外费用等方面的技术限制,才能与ICEV竞争。这方面,世界各大汽车公司都有雄心勃勃的计划。德国的Daimler—Benz公司和它的合作伙伴Ballard公司于1998年制定计划,要在8 a内将FC系统的体积大大减小,使之能顺利装入Mer-cedes—Benz A级轿车中并不损害驾驶室空间及行李空间;通过大批量生产,使FC的成本降低到现有的柴油机水平。结束语
采取HCCI燃烧方式的新型高效节能低污染内燃机能够满足严格的排放法规要求,为内燃机自身的继续发展赢得了空间与时间,以HCCI燃烧方式内燃机为原动机的混合动力系统将具有很强的竞争力。电动汽车(EV)不存在有害排放的问题,但对以火力发电为主的国家(如中国)来说,EV存在温室气体间接排放的问题,EV的好处仅限于改善城市空气质量及控制噪声污染,对整体大环境的改善意义不大。如采用核能、风能、太阳能等清洁方式发电,EV才可以说是真正意义上的清洁汽车。FC技术仍还不够成熟,尽管与内燃机相比有高效率和低排放的优势,但其目前的高成本、低经济性、低可靠性和低功率密度,使FC实现商业化还有很长的一段路要走。
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微电子与固体电子学院
集成电路设计与集成系统二班
高昆
201003202001
1国内外电动汽车发展史电动汽车从动力技术上来讲主要包括混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车。近年来,随着环境污染和能源危机的加剧, 世界各国电动汽车的研发方兴未艾。在电动汽车研发布局中,出现了纯电动车和燃料电池车、混合动力车“三驾马车”并行齐驱的局面, 电动汽车正在朝产业化方向一步步迈进。
国外电动汽车发展现状
美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。美国三大汽车公司1991年联合成立了美国先进电池联合体, 投入了415亿美元, 其中政府拨款2125亿美元, 共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃科电池等各种高性能蓄电池。日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高性能电池。
国内电动汽车发展现状
我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。“十五”期间, 在国家863计划电动汽车重大专项连续两期的滚动支持下,我国在纯电动汽车的核心部件研发、总成集成以及整车系统设计上实现了技术创新和跨越。自主研发的55辆纯电动铿电池汽车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车,以及41辆纯电动场地车等各种新能源汽车。中国汽车产业调整和振兴规划正式发布, 规划中称, 将实施新能源汽车战略。规划中称, 推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块(电机、电池及管理系统等)的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。建立动力模块生产体系, 形成10亿安时(Ah)车用高性能单体动力电池生产能力。发展普通型混合动力汽车和新燃料汽车专用部件。另外, 启动国家节能和新能源汽车示范工程, 由中央财政安排资金给予补贴, 支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新能源汽车。
我国电动汽车发展所存在问题
制约电动汽车发展的技术瓶颈尚待突破;
电动汽车的价格过高阻碍了电动汽车的普及和产业化;
我国发展电动汽车的配套设施不够完善。
电动汽车发展趋势
与其它两种新能源车相比, 纯电动车无论是在技术还是企业参与度上都更有优势, 其零排放、零污染的环保优势和相对其他新能源车而言的价格优势也更容易被公众认可。这主要是因为, 我国在电动汽车关键技术的电池、电机发展基础好,在纯电动汽车方面的研发实力亦不亚于日韩, 我国的小功率锂离子电池早已经产业化, 形成了上下游结合的完整产业链, 电池产品超过世界市场的三分之一, 锂离子动力电池技术已经达到国际先进水平, 产业化条件也基本成熟, 我国的高功率型动力蓄电池发展也很迅速, 与国外相比有很大价格优势。
此外, 我国是永磁同步电机中永磁材料—稀土资源的大国, 稀土储量世界第一将有利于未来降低电动汽车的制造成本。混合动力电动车是我国目前可以小批量生产、替代燃油汽车、减少废气排放的较现实的电动车。
混合动力电动车的发展也依赖于动力电池的发展, 在未来10年, 混合式电动车在其特定市场范围内的商业化生产将持续增长, 增长速度取决于价格因素。
总之, 从长远发展趋势来看, 我国混合动力电动车将有长远的市场前景, 不过, 纯电动汽车和燃料电池汽车在产业化上的优势可能会更大。
混合动力汽车在目前的高油价时期虽然具有更好的燃油经济性, 并且能满足高排放标准的要求,但是由于其只是对现有汽车技术的相对改进, 所以只能作为一种过渡路线。
而纯电动汽车和氢燃料电池汽车在使用过程中能够实现零排放, 并完全摆脱了对石油资源的依赖, 将成为我国电动汽车发展的最终目标。
充电系统技术研究现状
电动汽车的发展包括电动汽车以及能源供给系统的研究和开发, 其中能源供给系统是指充电基础设施, 供电、充电和电池系统及能源供给模式。电动汽车充电技术作为一个新的科技领域,世界各国都置身于充电技术的研究, 并拟制作充电技术标准, 为未来企业发展占据先机。
因为目前电动汽车充电站建设的规模小、数量少, 所以电动汽车充电站相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。
国际上电动汽车充电系统的标准主要是IEC发布的IEC61851: 2001, 该标准包括三个部分, 分别为: 一般要求(partl)、电动车辆与交流/直流电源的连接要求(part2-1)、电动车辆与交流/直流充电站(part28小时,甚至长达10至20多个小时。
优缺点: 因为所用功率和电流的额定值并不关键, 因此充电器和安装成本比较低;可充分利用电力低谷时段进行充电, 降低充电成本;可提高充电效率和延长电池的使用寿命。常规充电模式的主要缺点为充电时间过长, 有紧急运行需求时难以满足。
快速充电
概念: 常规蓄电池的充电方法一般时间较长, 给实际使用带来许多不便。快速充电电池的出现, 为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。
优缺点: 充电时间短;充电电池寿命长(可充电2000 次以上);没有记忆性, 可以大容量充电及放电, 在几分钟内就可充70% ～80%的电;由于充电在短时间内(约为1090% , 与加油时间相仿, 因此, 建设相应充电站时可不配备大积停车场。但是, 相对常规充电模式, 快速充电也存在一定的缺点: 充电器充电效率较低, 且工作和安装成本较高;由于采用快速充电,充电电流大, 这就对充电技术方法以及充电的安全性提出了更高的要求, 同时计量收费设计也需特别考虑。
快速充电又称应急充电, 是以较大电流短时因为目前电动汽车充电站建设的规模小、数量少, 所以电动汽车充电站相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。
国际上电动汽车充电系统的标准主要是IEC发布的IEC61851: 2001, 该标准包括三个部分, 分别为: 一般要求(partl)、电动车辆与交流/直流电源的连接要求(part2-1)、电动车辆与交流/直流充电站(part2-2)。
我国根据国内电动汽车的发展状况, 于2001年制定了3 个标准, 这3 个国家标准分别
等同(或等效)采用了IEC61851 的3 个部分。
近年来, 电动汽车以及电力技术的快速发展, 这些标准己不能完全满足当前的发展需求, 而且这些标准中缺乏通信协议、监控系统等方面的内容。目前国家电网公司为了规范内部电动汽车的应用,已经颁布了6项与电动汽车充电站相关的企业标准。目前供电、充电和电池系统应用集成技术和相关标准及规范研究的缺乏, 仍然是电动汽车推广应用的主要薄弱环节, 给电动汽车下一步的发展和充电设施的统一规划带来了很大的困难。能够保证大规模充电站正常运营的充电站监控系统尚无成熟产品, 充电站监控系统和充电机间的通信协议和通信接口尚无统一的标准可以遵循, 各充电站之间也无信息联系。
机械充电
概念: 即电池组快速更换系统。通过直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的。由于电池组重量较大, 更换电池的专业化要求较强, 需配备专业人员借助专业机械来快速完成电池的更换、充电和维护。
优缺点: 电动汽车用户可租用充满电的蓄电池, 更换已经耗尽的蓄电池, 有利于提高车辆使用效率, 也提高了用户使用的方便性和快捷性;对更换下来的蓄电池可以利用低谷时段进行充电,降低了充电成本, 提高了车辆运行经济性;解决了充电时间乃至蓄存电荷量、电池质量、续驶里程长及价格等难题;可以及时发现电池组中单电池的问题, 进行维修工作, 对于电池的维护工作将具有积极意义, 电池组放电深度的降低也将有利于提高电池的寿命。电动车电池概况及发展前景1
国内电动车电池发展简况及市场前景铅酸蓄电池铅酸蓄电池
已有100多年历史的老产品，比能量较低，因此很多人认为铅酸蓄电池在电动车上应用的前途不大，进一步开发的必要性不大。
笔者认为这种观点不一定正确。实际上，铅酸蓄电池在100多年的历史中一直不断地在改进提高，有的是革命性的飞跃式提高，如从开口式流动电解液的铅酸蓄电池发展到密封式无流动电解液的阀控铅酸蓄电池：比能量从不到10Wh／kg提高到50—60Wh／kg。
我国北京世纪千网公司已收购了Electrosource公司，专业生产铅布和铅布水平电池。另外，中船总公司712所、武汉银泰、湖南丰日、广东佳力等公司正在研制开发比能量高的铅布水平电池；已开发出可象汽车加油一样在几分钟内对铅酸蓄电池实现充电的快速充电技术。我国在“八·五”期间就安排了电动车铅酸蓄电池的研制工作，最后分别由山东淄博481厂研制出管式、轻工业化学电源研究所研制出椭圆管式、河北保定482厂研制出板式12 V150 Ah的电动车用开口富液式铅酸蓄电池，它们的5 h率比能量达到38～41Wh／kg和80一82wh／L，循环寿命按牵引蓄电池标准GB7403．1-87可达到750次以上(管式)和400次以上(板式)，并在我国研制的几辆概念车上试用。在试用中反映出来的问题是：电池间的均匀一致性不够好和补加水维护麻烦等问题。
因此，笔者认为：①铅酸蓄电池因其价格便宜、材料来源丰富、技术和制造工艺较成熟等综合因素将是商业化电动车主要采用的电池，事实上目前实际使用和己商业化的各种电动车，90％以上都采用铅酸蓄电池；②随着电池性能不断地改进提高，在现阶段，铅酸蓄电池很难被完全取代，要重视对它的研究和改进提高。．⑨在实际使用中，应根据使用对象、维护条件和专业化程度，选择使用寿命长、成本低的品种，不必盲目追求最新的品种和单项性能指标。金属氢化物一镍蓄电池(MH-Ni)MH
．Ni蓄电池的比能量高(60—70 Wh／kg)，有较高的比功率(150—250 W／kg)，寿命长(500-1000次循环)，材料来源丰富(特别是我国有丰富的稀土资源)，无污染等优点，被认为是应提倡的电动车用蓄电池。
我国投入巨资研究开发电动车用MH．Ni蓄电池。有色金属研究院己研制出150Ah的电动车用MH．Ni蓄电池，并装车进行了试验，此车成功地跑完了北京到天津的往返路程：春兰集团投入巨资研制电动车用MH．Ni蓄电池，研制的20 Ah蓄电池已通过国家经贸委组织的鉴定。沈阳三普、上海友申、天津和平海湾、广东南海新力、深圳格瑞普、深圳德力普等公司(厂家)都有5-25Ah的电动助力车用的MH．Ni蓄电池产品。湖南神舟科技公司着力开发混合电动车用MH．Ni蓄电池。湖南长沙力远公司是世界上连续化带状泡沫镍的最大生产基地，最近，在此基础上成立湖南科力远公司，计划建成l x 108VAh MH．Ni蓄电池生产能力的基地。并要生产装MH—Ni蓄电池的电动助力车。
虽然，MH．Ni蓄电池有许多优点，并有很多单位在研制开发，但在商业化的电动车上使用还只占很小的比例。这主要是由于MH．Ni蓄电池的价格贵(每VAh 4元人民币，为铅酸蓄电池的6倍)；电池的均匀一致性较差，限制了蓄电池组实际使用寿命。还有，锂离子电池的迅速发展对MH—Ni蓄电池在电动车上应用的地位造成强大的威胁。
因此，笔者认为：MH．Ni蓄电池价格比铅酸蓄电池贵，而且将逐渐贵于锂离子电池，而性能不如后者，在电动车上应用的地位是过渡性的，将来的市场份额是有限的。
3Zn—Ni蓄电池
Zn—Ni蓄电池的比能量高(55～65 Wh／kg)，有较高的比功率(150～250 W／kg)，寿命较长(400．600次循环)，材料来源丰富，无污染等优点，被认为是应提倡的电动车用蓄电池。
我国厦门三圈益尔希公司用美国ERC公司技术，开发电动车用Zn—Ni蓄电池。虽然，Zn—Ni蓄电池有许多优点，但在商业化的电动车上使用还很少。这主要是由于Zn—Ni蓄电池的价格贵(每伏安时2．5—4元，为铅酸蓄电池的4～6倍)；循环过程中，初期容量衰减率大，限制了蓄电池组实际使用寿命：综合性能不如MH．Ni蓄电池。同样还有锂离子电池的迅速发展对Zn—Ni蓄电池在电动车上应用的地位造成强大的威胁。
因此，笔者认为：Zn—Ni蓄电池在电动车上应用的地位是暂短的，市场份额小于MH—Ni蓄电池。锂离子电池
锂离子电池的比能量更高(120—150 Wh／kg)，有较高的比功率(250．350 W／kg)，寿命长(500．1000次循环)，无污染等优点，被认为是有希望的电动车用电池。
我国有不少单位对电动车用锂离子电池进行研究开发。天津电源研究所在“九·五”期间接受国家科技部的研制电动车用锂离子电池的任务，最近与天津力神公司合作研制出95Ah圆柱形电动车用锂离子电池及6个单体的单元电池组，即将装车试验。深圳雷天公司开发了10 Ah、50 Ah、100 Ah的电动车用锂离子电池，并在电动自行车、电动摩托车、电动轿车、电动中巴车上进行了试验，电动轿车的1次充电行驶里程达300—400 km，其价格只有2—2．5元厂vAh。另外，北京太极、中信国安的盟固利、北京星恒、深圳比亚迪、深圳华粤宝、深圳桑群、遵义梅岭、武汉力兴、浙江万向集团的埃泰克、浙江无限公司等单位也积极参与电动车用锂离子电池的开发，有10—150 Ah产品。
笔者认为：锂离子电池比能量高：摇椅机理使其应该会有较长的寿命；这些是它的突出优点。目前影响锂离子电池在电动车上商业化使用的关键是安全性和价格。如果能做到电池本身绝对安全可靠，外部有可靠的保护电路及电池组管理系统，即使性能衰退和损坏也不会伤害人身和产生灾害性危害：采用价廉正极材料等措施降低价格，使性能价格比上可与铅酸蓄电池媲美：那么锂离子电池在电动车上将受到欢迎，可进入商业化使用。锂聚合物蓄电池
锂聚合物蓄电池有更高的比能量(120—150Wh／kg)，有较高的比功率(250—350 W／kg)，寿命长(500～1000次循环)，安全性好、无污染等优点，也被认为是有希望的电动车用电池。
我国研制电动车用锂聚合物蓄电池的单位较少。厦门宝龙公司已有手机用的商业化产品；最近苏州吴江全友能源科技公司已研制出25 All的锂聚合物蓄电池；上海的南都瑞宝已有15 Ah的锂聚合物蓄电池。影响锂聚合物蓄电池在电动车上商业化使用的关键仍然是安全性和价格及成熟程度。随着锂聚合物蓄电池技术的进步和成熟，锂聚合物蓄电池发挥其安全性好的优点，克服锂离子电池安全性上的缺点，再加上采用廉价正极材料等措施降低价格，锂聚合物蓄电池就会在电动车上成为受欢迎的电池，进入商业化使用。燃料电池燃料
电池是一种电化学发电器，它相当于1个内燃机一发动机组的功能，它利用空气中的氧为氧化剂，用氢(或碳氢化合物转换来的氢)为燃料，将化学能直接转换成电能供给电动机来驱动车辆。
它的主要优点是：效率高，可节省燃料；零排放或少排放；噪音小等，特别适合于做车辆动力源。因此，人们认为燃料电池车将最终取代以石油产品为燃料的汽车。
我国的燃料电池研制工作在上世纪末停顿了约20年，因此落后于一些先进的国家。从九·五开始，国家对燃料电池研制工作做了重点安排，使我国的燃料电池研究水平逐渐跟上国际的步伐。大连化学物理研究所是我国从事燃料电池研究较早的单位之一，研制了航天和潜艇用碱性燃料电池。1995年开始研究质子交换膜燃料电池(PEIdFC)，现在已研制出5 kW、15 kW和30 kw的燃料电池，并与二汽合作将30 kw燃料电池装在中巴车上试验运行。北京富原新技术开发总公司出资引进加拿大新能源公司的技术，现在已有50W、100W、750W、1500W和5 kw的成套燃料电池可以出售。1999年底，他们与清华大学研制成我国第一辆装有5 kW氢／氧燃料电池系统的游览车。后来又为小羚羊电动车公司开发了电动自行车用燃料电池。上海神力科技公司是从事燃料电池开发研究的公司。现研制出5kW氢／氧燃料电池装置，在2000年上海国际工业博览会上展出了装有5kW氢一空气燃料电池系统的游览车。完成了“九五”重大科技攻关项目“30kW质子交换膜燃料电池动力系统”的研制，并通过了中国科学院组织的专家验收。
徐忠平
汪洋书记问我们，未来３０年深圳要干什么？靠什么去实现？我们可以换个角度来思考：下一个３０年，深圳城市发展的动力从何而来？笔者试做以下分析：
健康的城市正如优秀的孩子，ＧＤＰ只相当于孩子的考试分数
城市的产生和发展都来自于人的需要，这种需要成为人创建和发展城市的根本动力。什么是城市发展？它的内容应与生活在城市里的人的生存与发展相适应，广泛、综合而丰富多彩，涵盖了城市、社会、经济、政治和环境等方方面面。但长期以来，我们在很大程度上把城市的发展与产业尤其经济规模的增长等同起来。如果我们把城市比作孩子，城市的ＧＤＰ指标顶多只能算是孩子的考试分数。考试成绩当然很重要，但如果走向极端，片面强调分数，把分数与孩子的实际能力、综合素质、身心健康和未来发展划等号，其结果显然是十分荒谬的。国内外的经验教训一再证明，产业规模的发展、ＧＤＰ指标的增长固然重要，但城市中最重要的因素是人，不能把ＧＤＰ指标的不断提高简单等同于城市发展水平。
经济增长的真正动力来自有才能和充满创意的人聚集在一起所产生的巨大能量
有关深圳城市发展目标的提法已经有很多，总的来说可以归结为一句话：就是要把深圳建设成为一个最适宜创业、最适宜居住的高品质城市。
要做到这一点，就必须“眼睛向下”，深入地、持续地研究和了解生活在这个城市的人（当然也包括想要吸引来的人才）的需求。经济增长的真正动力来自有才能和充满创意的人聚集在一起所产生的巨大能量。一个城市的品质，取决于这个城市里生活着的人的品质；一个城市的创造力，取决于这个城市里生活着的人的创造力；城市之间的竞争是人才的竞争。深圳的发展历程，其实早已经证明了这一点，之所以能够取得如此快速和巨大的发展，与三十年来全国各种各样的人才都争先恐后地涌进特区来是分不开的。正是这些优秀的人才队伍，创造了这个城市的奇迹。深圳城市的发展，过去是、现在是、未来仍然是取决于我们能不能像当年一样，从全国、从全世界源源不断地吸引并聚集有才华、有创意、敢“闯”的人才。在深圳城市发展的新阶段，我们既要以能不断引进好的产业项目而高兴，我们更要以能不断吸引全世界的人才来深圳居住和创业而自豪。
对政府而言，当务之急是要构建“两个平台”
美国著名学者理查德·弗罗里达在其《你属于哪座城？》一书中指出，人们在选择自己生活的城市时看得最重的因素包括：安全；适宜于创业和企业发展；有培养下一代的良好环境，优美的物质条件（公共设施、文化设施等）；高的社会开放和包容度；有良好的教育、医疗、住房、交通等基础服务；有广泛参与决策的机会；有高素质与高效率的城市领导者，等等。深圳的城市发展也一样，就是要瞄准世界一流水准构建一流的城市品质，它包括平衡的城市生态环境，现代化的城市基础设施，健全的文化、体育、卫生、教育配套设施，丰富的文化
资源和开放的文化氛围，高水平的人口素质，良好的创业环境，市民对城市决策的广泛参与，当然还有不可或缺的清新空气、明媚阳光等，这些也都是深圳人所追求的高品质生活的具体体现。换句话说，ＧＤＰ绝不是人们选择是否来深圳的主要参考标准。
无疑地，城市规划将在深圳城市发展中承担着更加重要和独特的作用。对于市政府来说，当前最重要、最紧迫的工作应该是尽快构建好“两个平台”：一个是要建立城市、土地、产业和社会等各部门、各方面相互协调发展的规划管理平台，以确保空间资源的精细化管理和环境资源的严格保护，实现深圳城市的永续和谐发展；另一个则是正如市领导所强调的，要建立民主科学的平台，让全体市民广泛参与到城市规划工作中来，积极为城市发展出谋划策，从而形成推动城市科学发展的强大动力。
（作者为深圳市城市规划发展研究中心主任）
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关键词：稀土,新材料,低碳技术
0 引言
全球气候变暖所引起的日益恶劣的气候变化在近年来已成为不争的事实, 人类已清楚地认识到自己对大气的破坏所带来的严重后果, 大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变化所造成的后果已逐年加重。在此背景下, “低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”等一系列新概念应运而生。在电动汽车、燃料电车等多个重大低碳技术应用领域所必需的稀土新材料的发展变得迫切需要。论述了稀土新材料在电动汽车、燃料电车等领域的应用及其对低碳技术的贡献。
1 低碳技术与低碳经济
低碳技术是指涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门在可再生能源及新能源、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。“低碳经济”是以低能耗低污染为基础的经济。在全球气候恶化的背景下, “低碳经济”、“低碳技术”日益受到世界各国的重视。
2 稀土概述
我国是稀土资源最丰富的国家, 稀土矿物种类齐全, 稀土储量和产量均居世界首位。开发推广稀土应用不但有利于充分利用我国丰富的稀土资源、推动稀土产业的发展, 而且有利于培育出具有中国特色的优势新产业。稀土的结构特性决定了其是低碳技术发展所必需的重要新材料。由于稀土所在的镧系元素具有不满的f亚层, 决定了它蕴含着许多特殊性质, 这是其它元素不可替代的。稀土是磁、光、电等功能材料的最佳载体, 稀土的特殊性能也决定了它是低碳技术发展的重要动力。
3 稀土新材料的发展及其对低碳技术的推动作用
目前, 稀土在冶金、高温超导材料、航空工业、轻工、纺织和建材工业、医疗等领域中都已得到普遍的应用, 稀土的特殊性能使其成为国民经济发展所必需的重要新材料, 稀土新材料对低碳技术的发展及对低碳经济的巨大贡献已成为不争的事实, 如稀土催化剂、镧铈混合稀土金属-储氢合金-镍氢电池、氢燃料电池-动力车、电动工具、通讯工具等都存在稀土新材料的开发应用。
3.1 稀土新材料对汽车尾气净化作用
3.1.1 稀土汽车尾气净化催化剂的出现是低碳技术发展的必然要求
汽车作为现代文明的标志, 极大促进了人类社会的进步与发展, 但同时也给人类带来了许多严重的问题, 如噪音、有害废气排放以及大量固态废弃物堆积等。随着汽车的普及和人们对汽车尾气污染危害认识的加深, 要求控制汽车尾气污染的呼声越来越高。
汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放、减少污染的最直接有效手段。汽车尾气净化催化剂有多种, 早期使用的是普通金属Cu、Cr、Ni催化剂, 这种催化剂的催化活性差, 起燃温度高, 易中毒, 后来采用贵金属Pt、Pd、Rh等作催化剂, 这样提高了催化剂的催化活性和净化效果, 但贵金属普遍存在价格昂贵的现象, 有时净化催化装置达整车造价的十分之一, 汽车成本增加太多, 因此很难广泛推广, 而且为防止贵金属催化剂铅中毒, 汽车需使用无铅汽油。而含稀土的汽车尾气净化催化剂其特点是价格低、热稳定性好、催化活性高、使用寿命长, 特别是这种催化剂具有抗铅中毒的特征, 因此, 越来越受到人们的重视, 在汽车尾气净化领域备受青睐。
3.1.2 稀土汽车尾气净化剂的作用原理
汽车尾气中的有害成分主要有CO、HC、NOx。稀土汽车尾气净化催化剂所用的稀土主要是以氧化铈、氧化镨和氧化镧的混合物为主, 稀土汽车尾气净化催化剂由稀土与钴、锰、铅的复合氧化物组成, 是一类三元催化剂, 具有钙钛矿、尖晶石型结构, 氧化还原活性较高, 其中氧化铈是关键成分。由于氧化铈的氧化还原特性, 能有效地控制排放尾气的组分。净化汽车尾气的催化剂在汽车排气管内, 借助于排气温度和空气中氧的浓度, 对尾气中的CO、HC和NOx同时起氧化还原作用, 使其转化成无害物质CO2、H2O、N2。大量试验表明, 稀土材料可以有效抑制γ-Al2O3高温烧结, 提高催化剂的耐热性能、抗中毒性能、持久性能和贵金属的分散性能, 并改变催化剂的储氧能力等[1]。
3.1.3 我国稀土汽车尾气净化剂的发展
目前三效催化剂是汽车尾气净化的最有效手段, 我国正大力开发这个市场, 来减小我国与国外在这方面的差距。北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室用共沉淀技术制备出的Cex Zr1-x O2固溶体, 将其用于Pd基三效催化剂的制备, HC, CO, NO不仅具有最高的转化率, 而且具有最低的起燃温度[2]。天津化工研究设计院开发的具有自主知识产权的三效基催化剂GYM制备技术、三效催化剂用稀土储氧材料技术完成中试和产业化建设, 汽车、摩托车尾气净化催化剂制备以及稀土储氧材料的发明等三项成果已申报中国发明专利[3]。汕头大学化学系制备了低Pt、Rh担载的稀土基催化剂体系, 研究了贵金属担载量、催化剂高温老化和SO2对催化活性的影响, 结果表明该稀土催化剂在一定条件下, 能满足汽车实际工况的要求。江苏无锡的威孚力达催化净化器有限责任公司自主研发的国Ⅲ排放标准汽车尾气纳米稀土催化剂, 已成功在奇瑞、沈阳金杯、海马、北汽福田等车型上通过了国Ⅲ匹配试验, 综合性能在国内处于领先地位[4]。李岩峰等指出在Ce-Zr-O体系中添加少量其它金属元素可获得热稳定性高、比表面积大的固溶体[5]。
稀土汽车尾气净化催化剂是低碳技术应用的典范, 可以预测, 稀土作为汽车尾气净化催化剂材料, 在未来将会有很大的发展前景。
3.2 稀土新材料对汽车绿色环保的贡献
3.2.1 稀土镁合金有利于汽车节能降耗
低碳技术强调的是降低能耗、减少污染以改善人类赖以生存的环境。对大气造成极大污染的汽车, 其节能性和环保性最有效的办法就是汽车轻量化。研究表明, 一辆汽车的质量如能减轻10%, 则其燃油消耗可降低3%~4%[6]。镁是最轻的金属结构材料, 稀土镁合金除具有传统镁合金质轻、减振降噪、抗电磁辐射、回收无污染等特点外, 还具有耐热耐蚀、高强高韧、阻燃耐磨、易成型加工、抗高温蠕变等综合性能, 是目前国际上最先进的新型结构材料, 也是汽车结构轻量化, 提高节能性和环保性的首选材料。因此, 稀土镁合金已成为汽车材料未来的主要发展方向之一。
3.2.2 稀土镁合金在汽车中的应用
稀土镁合金在汽车中使用的种类很多。ZE合金中加入稀土元素可大大改善合金的铸造性能和焊接性能。研究人员通过对ZE合金进行优化, 发现降低Zn含量可以同时提高蠕变强度和腐蚀抗力, 这种合金在汽车上应用于变速器、阀壳、油底壳等零件。在Mg-Al合金中加入RE元素比Si更能提高其蠕变抗力, 特别对低铝含量合金更是如此, 经优化设计而成的AE42合金已完成用于汽车零件的试验, 并且已有变速器等实际应用。Mg-RE合金由于价格比较昂贵, 目前在飞机和赛车气缸上得到应用, 但在汽车上的应用受到限制。MRI系抗蠕变镁合金是一种MG-Al-Ca-RE系合金, 用于变速箱及离合器壳体, 并且有望成为制造变速箱壳体、油底盘、进气歧管等汽车动力零部件的优良材料[4]。据报道, 每辆prius混合动力汽车就要用16 kg稀土[7]。
3.2.3 我国稀土镁合金在汽车中应用发展现状
我国稀土镁合金产业起步较晚, 但发展较快。最新报道, 中科院长春应用化学所为牵头的“高性能稀土镁合金重大专项”课题取得了较大进展, 利用我国在稀土和镁资源方面的优势, 经过多年的努力, 解决了稀土元素难加入和加入后合金成分不均匀的难题, 突破了合金成分优化设计、稀土镁合金强化相、弥散相、熔炼技术和压铸、成品率控制等关键技术, 研发出有自主知识产权和国际竞争力的新型稀土镁压铸合金 (AZ91X) 、高温高强稀土镁合金 (Mg GdY系列) 、高强高韧稀土镁合金 (MB26) 等3种高强、耐热、抗蠕变新型稀土镁合金材料, 解决了稀土镁合金在汽车零部件制品上熔炼工艺、压铸工艺、合金流动性不好、充型困难等关键技术, 研制了多种稀土镁合金汽车零部件, 且初步在汽车上得到应用[8]。
稀土镁合金是汽车轻量化最有效的新型重要材料, 在汽车上的应用具有广阔的开发应用前景, 但我国在这方面的发展与国外差距较大。为此, 需加快我国稀土镁合金的研发和产业化, 为我国稀土资源优势转化为技术、经济和竞争优势的重大战略目标作出贡献。
3.3 稀土新材料在电动车上的应用
3.3.1 电动车是汽车发展的重要方向之一
发展电动车的目的是节油、减排, 电动车是改变汽车能源消耗, 少用或者不用汽油, 减少或者不排尾气, 真正做到节油、减排。目前电动车有燃料电车电动车、纯电动车, 混合动力车三种形式, 前两种只有电动机一种动力, 第三种采用的是油气混合动力。
3.3.2 我国稀土在电动车中的应用及前景
钕铁硼永磁是稀土磁性材料的主力军, 稀土永磁材料是支撑现代电子产业发展的基础材料, 汽车从以燃油为动力改为电力为动力, 必须大量用到稀土永磁材料。稀土磁制冷材料将应用在汽车空调系统中。稀土巨磁电阻材料用于制造巨磁电阻磁场传感器。稀土催化材料在燃料电池中的应用已成为各国研究开发的热点, 燃料电池已开始在汽车、移动电话等中使用, 未来的发展中燃料电池将有更庞大的市场。稀土储氢合金是21世纪绿色能源领域中的战略性材料, 广泛用于信息通讯、电动汽车、家电等领域, 市场前景十分广阔, 电动汽车所需的稀土储氢合金是稀土最大的高新技术产业之一。另外, 石油的替代能源中, 生物柴油与乙醇是一种很有发展前途的新材料, 其制备过程中就用到含铑和铈的催化剂。总之, 稀土将在石油的替代能源中起着重要的作用。
目前我国电动车的发展与国外差距较大。我们要利用我国稀土资源优势, 响应2009年11月3号温总理在人民大会堂给北京市的科技界做的报告中提到的我国电动车要跨越式发展, 为我国的低碳技术和低碳经济做出应有的贡献。
3.4 稀土新材料对工业废气及室内污染治理的作用
稀土催化净化催化剂还用于工业废气及室内污染治理。以Ce O2为主的稀土氧化物已用于工业废气中脱硫与脱氮。对于挥发性有机化合物废气, 用催化氧化法来净化, 加入稀土可提高催化剂的热稳定性与活性。天燃气的稀土催化燃烧, 不仅可大大提高其燃烧效率, 还能大幅度降低废气中CO与NOx的浓度[9]。
4 结语
总的说来, 发展低碳经济就能够减少二氧化碳排放量, 延缓气候变暖, 这样能够保护我们人类共同的家园。降耗减排、新能源产业必将是未来各国产业发展的主要方向和新的利润增长点。稀土是21世纪的“战略元素”, 稀土新材料的发展, 必然促进低碳技术的进步, 使我国大踏步向低碳经济迈进。
参考文献
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[3]陈红静.2006年我国催化技术研发新进展[J].石化科技信息, 2007 (1) :36-37
[4]钱伯章, 朱建芳.汽车尾气净化减排技术进展[J].中国环保产业, 2010 (3) :20-24
[5]李岩峰, 李梅, 等.铈锆固溶体掺杂改性的研究进展[J].稀土, 2009, 30 (5) :78-83
[6]谢丽英.汽车用稀土镁合金应用前景广阔[J].稀土信息, 2008 (9) :20-22
[7]熊家齐.气候变化、新能源、节能减排与稀土[J].稀土信息, 2010 (3) :18-22
[8]高性能稀土镁合金助汽车迈向绿色环保[J].现代材料动态, 2009 (3) :18-19
以学习提高团队执行力
2004年3月12日，兵装集团隆重举行了赠书仪式，总经理、党组书记徐斌郑重地把《执行》一书赠送给了总部各部门副主任以上领导，全面阐述了执行的深刻含意，强调了培育执行文化对集团公司发展的重要作用；希望各部门领导认真研读《执行》一书，从中找到先进的执行方法，制定有力的执行措施，不断提高执行能力。
“如果你想让列车再快10公里，只需要加大油门；而若想使车速增加一倍，你就必须要更换铁轨了。资产管理只可以提高一时的公司生产力，只有文化上的改变，才能维持高生产力的发展。”有“20世纪最成功的企业家”之称的韦尔奇如是说。在就任兵装集团总经理、党组书记之初，徐斌就响亮提出了“培育执行文化，提高执行能力”的要求，并率领总部各部门主任专程前往深圳听取《赢在执行》的专题讲座。同时，组织以中国兵器报、集团内部网站、电视、广播、橱窗等内部媒体大张旗鼓开展打造执行文化大讨论，旗帜鲜明地宣传提高执行能力的新气象。一时间，长安、嘉陵、建设、青山、江滨、西仪、长江光电、华南光电、上海电控研究所等成员单位开展的专题读书活动进行得如火如荼。各企业、各部门以《资产经营责任书》和《目标责任书》为载体，落实执行措施，兵装集团上下掀起了执行旋风，掀起了学习、研究和建设执行文化的热潮。
徐斌深知，兵装集团作为国家战略性力量、国家安全的重要保证、党执政的重要经济基础，加强以执行文化为核心的企业文化建设，必须体现兵装集团的特色，必须把执行文化的培育与兵装集团所肩负的使命、所承担的责任有机结合起来，通过执行文化的培育，为履行神圣使命、完成光荣任务提供强劲动力。在2004年召开的兵装集团上半年经济活动分析会上，徐斌发表了题为《努力拼搏，乘势而上，着战必胜》的重要讲话。在讲话中，徐斌以高度的政治敏锐性和政治责任感，找到了培育执行文化与兵装集团定位、集团公司使命的内在联系。他明确指出，“加强党的执政能力建设，落实到集团公司，就是要进一步办好国有企业，建立集团公司执行文化”，要求全体员工要站在提高党的执政能力的高度，提高对打造执行文化的认识，站在完成兵装集团使命的全局，增强打造执行文化的责任感、使命感、荣誉感、紧迫感。兵装集团执行文化的建设由此实现了由被动接受灌输到主动进行培育的根本性转变。
在兵装集团党组的强力引领和大力推动下，兵装集团培育和形成了以“敢为人先，争创一流，拒绝借口，立即行动”为核心理念的执行文化。“敢为人先，争创一流，拒绝借口，立即行动”的核心理念，赋予了兵装人铮铮铁骨，激发了兵装人谋大事、干大事、成大事的澎湃动力。各级领导干部亲历亲为、身先士卒、深入一线、靠前指挥；广大员工心往一处想、劲往一处使，不找借口、不畏艰难，切实把兵装集团的每一项重大决策贯彻落实到具体工作中，不折不扣地完成任务。
以学习提高企业竞争力
兵装集团总经理、党组书记徐斌认为：“企业竞争关键在人。提高企业竞争力，根本途径在提升员工综合素质。我们以大规模培训为手段，以培养知识型职工队伍为载体，实现了职工发展与企业竞争力增强的和谐共振，相互促进。”
企业的竞争力首先表现在企业家的竞争力。兵装集团不断强化对企业高级经营者的学习培训，促使其能力不断增强。集团每年组织总部部门及领导以上人员进行专题培训，让大家在战略上准确领会党和国家最新的路线方针政策，在思想上准确把握集团公司最新战略部署，引领指导企业按集团公司要求完成各项任务。兵装集团与国家行政学院、上海浦东干部学院、井冈山干部学院以及意大利都灵国际培训中心等联合办学，分年度对所属企事业单位总经理、党委书记进行专题培训，及时学习掌握新思想、新知识、新技术，成功打造了一支政治素质过硬、治企能力卓越、职业操守良好的高级经营者队伍。
企业技术创新能力是企业竞争力的核心。兵装集团不断强化对创新人才和创新团队的培训，加快领军人才脱颖而出。着眼培养优秀领军人才及创新团队，集团公司与国内外科研机构联合建立国际化人才培养基地，在德国、英国、日本等技术最前沿地区，建立海外技术中心和研发基地，形成“四国八地”研发体系，就地吸纳高端人才资源，采取导师带培等方式，定期指导培训企业科技研发人才。借助国外科技和人才资源优势，集团就新能源、新型发动机等关键技术和重点项目与德国于利希中心、英国GH中心和意大利EE中心进行联合攻关，学习国外先进技术、科研模式和创新理念，打造了一支具有国际视野、掌握核心技术的科技领军人才队伍。目前，在汽车、新能源以及制导控制等关键技术领域，集团公司涌现出一批优秀科技领军人才，其中246人入选国家级人才计划。实施科技人才大规模培训计划，集团分类开展百余门专业课程轮训，组织培训5万余人次；实施科技领军后备人才储备计划，与清华、北大、人大、复大、浙大、北理工、南理工等知名院校合作，选派近千名优秀科技人员攻读硕士、博士学位，合作开办“3+1”、“4+1”等专业培训班100余期，培养企业急需科技人才3 000多名。
一线员工技能水平直接决定了产品质量。兵装集团把加强内部培训基地建设、提高一线员工技术能力水平作为提高质量上水平、树立品牌形象的重要手段，拥有6个国家高技能人才培养示范基地，建成了长安、兵器装备研究院等内部培训基地。各成员单位紧密结合生产经营实际需要，开展内容丰富、形式多样的专题培训，年培训员工4万多人次。为提高一线员工学技能、钻业务的积极性，兵装集团与人力资源和社会保障部合作，每两年在全行业开展国家级二类职业技能竞赛。按照竞赛规定，决赛前三名的选手，人力资源和社会保障部将授予“全国技术能手”荣誉称号，并予以相应奖励；获得决赛4～8名的选手，由兵装集团授予“兵装技术能手”荣誉称号，给予相应奖励；获得决赛4～15名的选手晋升高级工职业资格，已具有高级工职业资格的，可晋升技师职业资格；参加决赛的其他选手授予“兵装技能竞赛优胜奖”。为加快技能人才成长，兵装集团出台实施了《技能大师制度实施办法》，制定落实高技能人才培育计划，通过“名师带徒”、技师沙龙、职业技能竞赛、选派优秀技能人才到高校深造等活动，储备了300余名技能领军后备人才。
以学习提高班子领导能力
“建设学习型集团，集团公司党组必须起好带头和示范作用。党组中心组紧紧围绕全局性、方向性、战略性的重大问题，丰富学习内容，创新学习形式，在着力破解发展难题上下功夫，确保兵装集团在科学发展的轨道上前行。”兵装集团总经理、党组书记徐斌告诉记者。
兵装集团党组高度重视理论学习，自觉用马克思列宁主义中国化最新理论成果武装头脑，在政治上、思想上、行动上与以胡锦涛同志为总书记的党中央保持高度一致，牢牢把握改革发展的正确方向，确保决策正确、方法正确、路子正确，忠实履行政治责任、经济责任和社会责任。
兵装集团党组成立了由总经理、党组书记徐斌任组长的建设学习型组织工作领导小组，切实加强对学习活动的领导和督促。党组中心组坚持每月至少开展一次集中学习活动，全年不少于12次；中心组学习部门主任以上都得参加，有特殊情况要办理请假手续，须经党组书记徐斌批准。成员单位党委按党组要求严格执行中心组学习制度，通过采取集体学习、研讨交流、专题调研等形式多样的学习方式，完善学习考勤、学习记录、学习心得交流等制度，有效提高了综合素质，增强了创新能力。各级党组织成为了学习型党组织，各级领导班子成为了学习型领导班子。
兵装集团党组学以致用，坚持理论联系实际，开展学习交流，进行调查研究，把学习型、创新型党组建设与推进改革、谋划发展结合起来，与提高企业党建科学化水平结合起来，善于用科学理论和实践知识，不断理清发展思路，转变发展方式，破解发展难题，着力提高驾驭复杂局面、有效应对危机的能力，提高战略决策、经营管理的能力，提高把握市场机遇、参与市场竞争的能力，提高统筹兼顾、推动创新的能力，提高抓班子、带队伍的能力，推动兵装集团科学发展、不断迈上新水平。
“622战略”的圆满实现和“211战略”的全面实施，就是兵装集团党组以学习提高领导科学发展能力的生动实践。
2004年初，兵装集团新一届党组深入学习科学发展观，准确把握发展大势，制定了“六年两步走翻两番”的“622战略”，作出了“围绕一个发展战略目标，打好三大战役，实施四项战略，树立五个观念”的“1345”战略部署，第一步要求工业销售收入2006年比2003年翻一番，第二步工业销售收入2009年在2006年的基础上再翻一番，打好军品立位、民品大发展、改革脱困三大战役，实施科技兴司、人力强企、机制创新、扩大开放四大战略，树立“敢为人先”、“强企富民”、“居安思危”、“无功就是过，小功也是过”、“改则兴，不改则衰”五种观念。兵装集团迎来了其历史上发展速度最快、综合實力提升幅度最大、职工群众得实惠最多的时期。
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