（1）天然气发动机。
发动机是车辆的灵魂，然而天然气发动机并不是油品发动机简单改用天然气作为燃料这么简单，那么它们之间有什么不同呢？
在了解天然气发动机的工作原理之前，我们必须要说一说它的过人之处。众所周知，天然气是清洁燃料，使用天然气作为燃料，不仅价格低廉、辛烷值高，还可以大大减少碳氢化合物、氮氧化合物等污染物质的排放。天然气发动机属于内燃机，由九大系统组成，分别是进/排气系统、自控系统、配电系统、燃料气减压系统、压缩空气系统、水处理系统、润滑油系统、水冷系统和空气预热系统，并搭配电子线控技术、高精度闭环控制、稀薄燃烧技术等新技术，展现出优异的性能。天然气发动机主要由两个控制模块组成：作为“指挥中心”的电子控制模块（ECM）和修改排气口温度和燃烧时间的信号的集成燃烧传感模块（ICSM）。天然气发动机又可细分为CNG（压缩天然气）发动机和LNG（液化天然气）发动机。CNG发动机的工作原理是CNG先减压至8巴（800千帕），滤清后进行热交换，被加热后通过节温器进入燃料计量阀（FMV），由燃料计量阀控制与高压空气混合，电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。LNG发动机的工作原理是LNG先加热气化，稳压后再滤清，通过电磁切断阀控制进入稳压器，接着与空气混合，混合气燃烧做功。
天然气发动机与油品发动机的差异主要体现在点火方式、压缩比和燃料供给系统上。
在点火方式上，柴油发动机为压燃式，着火点为220℃；汽油发动机为点燃式，着火点为427℃；而天然气发动机为点燃式，着火点为650℃。不难看出，天然气着火点更高，高温导致润滑油与零部件寿命降低，因此必须选用专用润滑油。
压缩比的选取与燃料的抗爆震性能密切相关，抗爆震性能是用燃料的辛烷值来衡量的，天然气的辛烷值比汽柴油更高，因此其压缩比也更高。
油品发动机是活塞、汽缸驱动，燃气发动机是燃气喷到涡轮上，驱动转动。柴油发动机的燃料供给系统由高压油泵、高压油管、喷油器组成；汽油发动机的燃料供给系统由电子控制单元、空气流量计、喷油器等组成；天然气发动机的燃气供给系统主要由电磁切断阀、稳压器、燃料计量阀等组成。近年来，世界上众多国家都相继制定了天然气动力应用的发展规划。
我国陆续实行了“清洁汽车”“十城千辆”等政策，使得天然气发动机在交通运输上得到了广泛的应用。我国对天然气发动机的研发工作起步较晚，但发展迅速，不难想象，天然气发动机在未来必将大有作为。
（2）天然气的抗爆性能。
在驾驶汽车时，可能会听到金属敲击声，同时感到引擎没力，这就是发动机爆震。而发动机抗爆性能则与燃料种类息息相关，我们常用到的有92号、95号、98号汽油和天然气。
那么抗爆性能如何衡量，可以通过什么方法测定，天然气又具有哪些优势？让我们来一探究竟。
部分汽车使用的是汽油发动机改装的天然气发动机，因此其油电火花点燃混合燃气的燃烧过程必须要考虑燃料的抗爆性。所谓抗爆性就是燃料抗爆震燃烧的能力，其中爆震指的是燃料在火焰到达之前发生自燃，这种自燃传播速度极快，带有爆炸性质并伴随金属敲击声，严重时会导致发动机熄火甚至损坏。
结构上的压缩比、燃烧室的形状、运行时的转速都会造成爆震，但一旦选定发动机，燃料的种类就是关键。人们发现异辛烷的抗爆性好，所以把它作为基准，将它的辛烷值定为100，而对于抗爆性更优的甲烷、乙烷，人们通常会给予它们一个近似值。目前常用来衡量气体燃料抗爆性的方法有以下两种。
辛烷值法。天然气组分中，甲烷抗爆性最高，乙烷、丙烷等正构烷烃会降低其抗爆性，而惰性组分会增加抗爆性，因此找到它们的关系十分重要。
甲烷值法。奥地利的李斯特内燃机及其设备测定公司在20世纪60年代，采用了类似气体燃料抗爆性能的指标，叫作甲烷值（MN）。MN为在标准规定的爆震试验条件下，找到与待测气体具有相同抗爆性的甲烷/氢气混合气，混合气中的甲烷体积分数就是MN。此种方法对MON高于120的天然气更为适用。
抗爆性能的优劣，关乎着发动机的功率输出，探索出更准确、方便的评价天然气抗爆性能的方法，对更好地发挥天然气燃料的经济性能优势起着关键作用。
（3）车用天然气。
车用天然气燃料主要分为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）两种，两种形式的天然气各有优缺点，针对二者的特点和发展中存在的问题进行比较和探索，对发展车用天然气燃料具有重要意义。二者的不同主要体现在以下几点。
其一为储存方式。CNG是高压储存，LNG是低温储存。CNG是天然气加压到20兆帕以气态储存在钢瓶组中，再用CNG加气机向汽车钢瓶加注，高压气减压后向发动机供气。而LNG是以－162℃的低温储存在真空绝热的低温容器内，液化气经汽化后向发动机供气。LNG单位体积能量密度大，同容积的储罐可储存更多的天然气，因此，LNG汽车适合长途运输，但也会出现分层或漏热蒸发，造成浪费。CNG适合中短途运输，如公共汽车、出租车等。
其二是安全性。天然气汽车比燃油车更加安全，发生危险事故的概率都较低，但建站、生产、储存和使用等环节仍应该严格遵守相关标准。但CNG和LNG的安全防范重点略有差异，CNG气瓶需要定期检查储气瓶，以防因腐蚀引起的爆炸，不过CNG在户外不易聚集到发生爆炸的程度，根据国内近些年的使用经验，未发生过重大燃烧和爆炸事故。而LNG一是要预防泄漏造成的人员冻伤事故；二是要预防由于机械撞击导致储罐发生爆炸；三是要预防由于储罐压力上升导致的泄漏；四是要预防因储气罐使用的时间较长，真空度下降而造成安全隐患。
其三是经济性。尽管CNG和LNG使用同一气源，但终端价格却有所差别，LNG的终端价格一般要比CNG高10％～20％，这是因为LNG的生产成本和运输成本都高于CNG。
其四为环保性。虽然天然气汽车的尾气排放明显优于燃油车，但二者之间在环保性方面仍有些许差异。LNG汽车使用的天然气经过多重净化，纯度更高，排放的有害物质更少，可以说，LNG更加环保。
其五为加气站设计。天然气燃料加气站有LNG、L－CNG、CNG三种模式。LNG加气站是专门给LNG汽车加气的加气站；L－CNG加气站是先在站内把LNG气化成CNG，再给CNG汽车加气的加气站；CNG加气站是直接给CNG汽车加气的加气站。CNG汽车发展较早，所以CNG加气站多于LNG加气站，目前虽然LNG加气站的建设对技术要求更高，但其加气速度更快，甚至可以达到CNG的一半。
在国家大力提倡和鼓励使用清洁、环保能源的大背景下，加深对天然气车用燃料的研究，解决制约限制天然气燃料发展的因素，如加快建设LNG充气站、减少CNG充气时间等，不断完善CNG、LNG的发展，使天然气作为清洁能源在交通运输领域发挥更大的作用。
（4）天然气加气站。
老李是一个公交车司机，出车中间休息的间隙，喜欢捧个大搪瓷缸子，沏上浓浓的茶叶，坐在长凳上，跟新来的小年轻插科打诨，时不时来上几句说教的话语。也难怪，老李确实有这样的资本，干了几十年的公交司机，见证了首都北京这些年的飞速发展和变化，尤其是见证了几十年的公交发展历程。老李开过柴油公交车，加速的时候油门踩得轰轰响，屁股后面一股黑烟，好似妖魔出洞一般；开过电动公交车，屁股后面有个“EV”标志，开起来一点声音都没有，当时老李还非常不适应，说是太安静了，找不到驾车的感觉；现在开的是天然气公交车，刚接手的时候可是克服了很大的心理障碍，毕竟屁股后面背个燃气罐，按老李的话说，身后背个“小炸弹”可不是
一件容易让人踏实的事情！小李是老李的儿子，正在琢磨买车准备跑出租呢，老李建议买天然气汽车。
“天然气汽车加气是便宜，但是加气频繁，并且加气的车是不是没有加油的车安全呀？”小李有点犹豫。
“可不能这么说，北京是什么地方，全国人民的首都呀！各种配套设施齐备，就拿加气站来说，在城区行驶的话，几千米范围内就能找到加气站，很方便！安全不是问题，天然气比空气轻，一旦发生泄漏，很容易向大气中扩散，不至于达到燃烧界限，严格来讲，比汽油车还要安全。加气的时候可得注意一下，出租车加的可是CNG，我们现在公交车用的LNG，去的加气站不一样的。”
年轻人都有一点求知欲，老李补充的这句话刚好说到了小李的知识盲点，于是顺口问了一句：“CNG是什么呀？跟LNG有什么不一样？”说到天然气加气站，老李一下来了精神，他现在可是这里的常客了，隔两天就要去一趟，熟悉得不能再熟悉了。
“来来来，这个事我得给你好好讲讲，别看就差了一个字母，东西可完全不一样了。这个CNG的全称是CompressedNaturalGas，中文名叫压缩天然气，LNG全称是LiquefiedNaturalGas，中文名叫液化天然气。”
老李继续说：“压缩天然气从字面上看就是给天然气加压，像压缩饼干一样，把天然气压缩到一个小罐子里面，压力可以增加到20兆帕，相同体积下的储存量是常压下的200多倍，汽车用的储罐一般在50～100升，加一次气一般可以跑150～250千米。一般会在一定区域设置CNG的母站，在母站里面使用大型压缩机压缩天然气，然后充进运气瓶车里面，分别供给周边的加气子站，子站分布在车流量大的中心城区周边，通过子站为汽车加气。截至2018年底我国CNG加气站保有量在5600座左右。”
说完老李喝了一口浓茶，抿抿嘴唇继续说：“液化天然气就更牛了，它是把天然气变成像水一样的液体。咱们都知道液体比气体密度可要大得多，相同体积下液态天然气的储存量是常压气态天然气的600多倍。
要让天然气从气态变成液态必须要进行降温，一般要保持在－160℃的低温环境，温度稍高就极易挥发。通常是通过LNG槽车运输到站内，储存到LNG储罐，然后在低温状态下，通过潜液泵向车辆加注LNG，整个过程是都是低压输送的。LNG目前主要是用在大型卡车和公交车上，小汽车上还很少用。例如一辆大卡车安装两组450升的钢瓶，可以跑六七百千米甚至八九百千米，适合长距离运输。截至2018年底，我国LNG加气站保有量在3400座左右。”
老李顿了顿，接下去说道：“现在很多加气站也开始合并建设了，如LNG、CNG合建站，有时候也写成L－CNG或者L/CNG，实际上就是在LNG加气站里面增加了压缩天然气设施，天然气也还是以液化天然气的形式送到加气站，然后通过柱塞泵把LNG加压到20～23兆帕，再通过高压汽化器汽化成CNG，最后通过CNG加气机向车辆加注CNG。L－CNG加气站是近些年兴起的加气站形式，它可以脱离天然气管网建设，为无管网地区发展天然气汽车创造条件。
加气站不使用高压压缩机，运行费用、投资成本和占地面积大幅度减少。”
听完老李这一通介绍，小李心里也暗暗竖起了大拇指，老爷子这公交车没白开，懂得还真不少呢！这也算是未雨绸缪了，还没买车先考虑加气了！
（4）吸附天然气。
与石油、电力一样，天然气同样能作为汽车的动力来源。早在20世纪60年代，因汽油供给紧张，四川自贡便利用当地丰富的天然气资源，并采用橡胶帘布制造的气包盛装作为客货车燃料的天然气。但这种“气包车”不仅续航能力差、动力不足，并且十分危险。
随后，国家便开始了对天然气汽车的研究，截至2017年底，我国压缩天然气（CNG）汽车和液化天然气（LNG）汽车总保有量达到608万辆。但它们都面临着高储存压力或低储存温度带来的高成本问题。那么，有没有一种技术有望取代二者呢？答案就是吸附天然气（ANG）储存技术。
吸附天然气就是在常温、中低压（3～4兆帕）条件下通过多孔吸附剂吸附将天然气储存起来。多孔吸附剂比表面积大，孔结构丰富，在吸附过程中，天然气分子通过范德华力附着在吸附剂中，并随外界压力变化吸附或脱附。目前，吸附天然气在1/6CNG的压力下就有望实现相当于CNG的天然气储存量，且具有储存容器质量轻、成本低、使用方便安全等优点，因此有望取代LNG和CNG技术，实现大规模商业应用。
吸附剂的表面极性对于以甲烷为主要成分的天然气来说影响很小，而其合理的孔径分布和足够的比表面积则非常重要。目前，天然气吸附剂主要分为三类材料：沸石分子筛、多孔碳质吸附剂及金属有机骨架材料。
人们通常将天然的含碱金属和碱土金属的硅铝酸盐化合物称为沸石，人工合成的称为分子筛，两者统称为沸石分子筛。它孔道结构规整、分布均匀、应用广泛，是最早用作储存甲烷的材料之一。
多孔碳质吸附剂来源丰富，能够由植物和矿物经多道工序制得，按其特性可分为活性炭、活性碳纤维、碳分子筛等。目前，综合考虑吸附能力、生产成本及循环吸/脱附性能等因素，碳质吸附剂应用最为广泛。
金属有机骨架材料（MOFs）指由多齿有机配体与过渡金属离子自组装而成的有特殊孔道结构的类沸石骨架材料。它比起碳质吸附剂，没有干扰吸附的介孔和大孔；比起沸石分子筛，比表面积大，没有亲水基团干扰吸附。因此MOFs吸附剂正在被广泛研究。
当然，吸附天然气储存技术也存在一些不足，例如吸附热效应导致有效吸附量的降低，解吸过程中压差减小导致放气速率减慢等，随着这些问题的解决，将极大推动天然气汽车的发展。