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(下)车用替代燃料的发展趋势

全国生物柴油行业协作组 来源： 作者： 2007-8-14 16:24:48
 5. 甲醇汽油
    甲醇的理化特性接近汽油，具有比汽油高的辛烷值和自燃点，理论混合气热值与汽油接近，可燃极限宽，汽化潜热大，具有良好的燃烧特性，是汽油的良好替代燃料。甲醇与柴油互溶性差，自燃点高，黏度低，润滑性差，因此柴油机燃用甲醇燃料比汽油机困难，需要进行更加深入细致的研究工作。
    国内外甲醇生产能源快速扩张，生产规模趋于向大型化发展。20世纪80年代，甲醇燃料在德国、美国、加拿大、瑞典、日本等国得到快速发展，这些国家都曾经有过中等规模的甲醇示范车队。福特、通用、丰田、大众等公司相继开发出灵活的燃料汽车。但由于市场原因，上世纪90年代后期，国际上甲醇燃料车用市场日渐萎缩。
    我国煤基甲醇燃料的车用研究始于上世纪70年代，在国家、行业及地方项目的共同支持下，已在低比例、高比例甲醇燃料发动机的研发，甲醇燃料的储存、输配、防腐、安全及甲醇汽车的维护保养、试验、检验等方面做了大量工作。通过大量研究和实践，我国已形成多项实用技术，解决了一些甲醇燃料车用的技术问题。M15低比例甲醇汽油已在四川、河南、陕西、重庆、新疆等地的多个城市示范应用，有几百辆M85和M100高比例甲醇车在示范运行。甲醇相比汽油更加安全，不会对水体和土壤造成严重污染和累积污染。
    根据甲醇汽车示范运行情况，低比例甲醇适合在普通汽车上使用，而高比例甲醇适合在专用的甲醇汽车上使用。所以，具有发展前途的应该是比例低于15%的甲醇汽油和技术比较成熟的M85高比例甲醇汽油。
    对于低比例甲醇汽油，可以先在富煤地区或周边地区政府的支持下推广使用，待取得更为成熟的经验后，再考虑扩大使用范围。对于M85，可以鼓励汽车厂家生产专门的甲醇汽车或灵活燃料汽车(如路线或运行范围相对固定的公交车或出租车)，用于商用目的。商用车运行里程多，对燃料价格比较敏感，比较容易接受。
    如果甲醇储运、使用等各环节的安全措施有保障，甲醇燃料的产品规范出台，并建立起相应的社会化服务体系，甲醇燃料可能会在市场上得到广泛使用。
    6. GTL(天然气合成油)
    GTL是把天然气转化为液体燃料。1993年萨索尔公司与Topsoe公司共同开发了GTL技术SSPD工艺，规模为3.2万桶/日，后又在尼日利亚、卡塔尔分别建立了3.3万桶/日及3.4万桶/日的大型GTL工厂。
    壳牌、埃克森美孚、BP等公司都有自己的技术，纷纷提出建设大型GTL装置，规划总能力已达4500万吨/年。GTL产品的柴油馏分可达80%，产品不含芳烃，不含硫，无味，十六烷值高达73，可达到欧Ⅳ排放标准。由于柴油机油耗比汽油机低30%-40%，所以经济性明显优于汽油车。
    中国天然气资源紧张，人均天然气资源仅为世界平均水平的4%。但最近新探明的天然气储量在增加，可考虑在某些远离市场的边远地区建厂，但应注意经济规模。
    7. CNG(压缩天然气)、LNG(液化天然气)和LPG(液化石油气)
    压缩天然气、液化天然气是由天然气经过脱硫、脱烃和脱水等过程精制后压缩或液化而成，在国际上技术成熟。LPG作为汽车燃气早已在国内外推广。2004年，我国LPG汽车保有量11.4万辆，LPG加油站355座，消耗LPG35万吨。
    作为机动车清洁燃料，CNG主要用于轻型非单一燃料的汽车，LNG主要用于重型单一燃料的汽车。国外的经验表明：1)CNG/LNG可直接用在机动车中作为动力燃料，而无需添加任何抗爆剂，在重型汽车中使用，效果尤佳。2)CNG/LNG可使发动机热效率提高8%，有利于延长发动机使用寿命，提高燃烧安全性，明显减少污染排放。3)天然气用作车用燃料，需要压缩和较大的储罐，燃气储罐每加满一次只能行驶约160千米，只适于短途运输。4)CNG/LNG的能量容量比汽油低40%，未燃烧的甲烷对温室效应影响较大。5)CNG和LNG作为车用燃料，均要建设相应的加气站，并将汽车改装成天然气/汽油双燃料汽车。
    目前国外燃用液化石油气和天然气的燃气汽车技术比较成熟，实际应用较多。全世界已有40多个国家在实施以气代油的战略计划，燃气汽车总量在500万辆以上，约占全球汽车总保有量的0.7%左右，占替代燃料汽车总量的80%以上。其中液化石油气(LPG)汽车约400万辆以上，压缩天然气(CNG)汽车约100万辆，液化天然气(LNG)汽车近万辆。
    我国燃气(CNG/LPG)汽车相关技术已经成熟，目前在推广城市主要应用在出租车和公交车上。但我国发动机的燃气喷射系统依然主要依靠进口，尤其是大型的CNG发动机，基本全部采用国外发动机机型。
    我国各城市燃气(CNG/LPG)汽车保有量已达25万辆，占这些城市机动车总保有量的1.7%。其中出租车和公交车中的燃气汽车保有量达19万辆。但投资建设加气站费用较高(80万-140万元/站)，LPG尾气排放只能达欧Ⅱ标准，LPG作为车用燃料竞争力日趋困难。目前北京71家加气站已经停用了30家，苏州1276辆LPG车只剩下15辆。
    8. 燃料电池汽车
    燃料电池按电化学原理等温地直接将化学能转化为电能。它不通过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，在理论上它的热电转化效率可达85%-90%，在实际上也可达到40%-60%。燃料电池以富氢作燃料时，其制取过程中CO2排放比热机少40%以上。燃料电池运动部件少，噪声很低，而且运行可靠。燃料电池汽车与一般可充电电池、电动车不一样。电动车行程短，如铅酸蓄电池车行驶100千米就需再充电，即使采用镍氢电池、锂电池也只能行驶200千米(该类电动车，日本还在研究)，而燃料电池汽车可行驶450千米。奔驰、雷诺、大众、福特、通用、丰田等汽车公司都已推出了燃料电池汽车，燃料贮存方式有压缩氢气的、甲醇的、金属氢化物的。典型的是奔驰Necar4，最高时速145千米/小时，一次加燃料可行驶450千米，功率70千瓦，可贮液氢5千克。
    燃料电池汽车尾气排放少，有利于环保，但燃料电池价格极高。奔驰燃料电池成本3万美元，整车价格是普通汽车的10倍。再加之全球铂供应量有限(每辆车需100克铂)，因此，燃料电池汽车目前还处于探索阶段。但燃料电池作为新一代汽车能源动力的远期解决方案仍然被全球所看好。全球能源科技资金12%投向了氢能燃料电池，很多关键技术得以突破，如：电池成本正降到100美元/千瓦。以复合增降高温膜、低铂催化剂、金属双极板为代表的新一代技术正在兴起。
    目前北京已有三辆氢燃料电池汽车(氢动1号)作为公交车在行驶，上海也有创新1号在行驶(功率100千瓦，时速90千米，行程300千米，乘坐35人)，估计2015年可以走向商业化。
    9. 气体燃料汽车
    (1)合成气汽车
    合成气是制甲醇、二甲醚、氢气的原料气，净化、脱硫后成清洁燃料，可直接用于内燃机燃烧。合成气由氢气和一氧化碳组成，燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、HC和NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报道：压缩比可达12.5。采用合成气，汽车热效率可提高20%-40%，功率提高15%，燃耗降低30%，无尾气净化接近欧IV(这些指标还应验证，但效果是肯定的)，还可用微量的铂催化剂净化；与醇、醚相比，可简化制造和减少设备，成本和投资更低。合成气的压缩或液化与氢气相近，但不用脱除CO，建站投资较低，还可用减少的成本和投资部分补偿压缩(制醇醚也要压缩)或液化的投资和成本。合成气没有毒性、腐蚀、溶涨等缺点。可利用遍布全国的中小化肥厂制造合成气，就近供应。
    (2)氢气内燃机汽车
    氢气内燃机汽车无CO、CO2和HC排放，仅排放微量的NOX(为汽油的1/10)，并可再用微量铂族催化剂净化。功率用增压补偿(福特U型氢内燃机汽车)。制氢可有三种办法：风力发电-电解水制氢；天然气重整制氢；煤气化制氢。成本和供应设施与燃料电池相同，目前世界上仅美国加州、德国慕尼黑有加气站。氢气汽车中长期可能大量发展，日本有专家认为可能会先于燃料电池汽车进入市场。
    10. 混合动力汽车
    汽车动力系统是一个完整的体系，包括燃料、发动机、动力传动系统等。混合动力是通过换用不同的辅助动力，形成油-电、气-电、电-电等各种不同动力的转换，适应从汽油、柴油到包含氢能燃料电池在内的各种替代燃料。当前，内燃机混合动力轿车城市工况可节油40%左右，混合动力还为汽车排放控制提供了有效的新途径。鉴于我国私人轿车主要集中在大中城市，混合动力轿车非常适合在我国推广使用。但目前混合动力轿车还有成本高、寿命短等问题，其技术进步还将呈现长期、稳步、渐变的特征。
    二、我国车用替代燃料的发展方向
    我国的替代能源发展已纳入相关的“十一五”发展规划，按照“节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展”的能源方针，实行直接替代(以发展车用替代燃料为主)与间接替代(以节能、替代工业原料与燃料用油为主)一起抓。
    1. 甲醇燃料
     按照“低比例醇醚燃料适应汽车、汽车适应高比例醇醚燃料”的原则，低比例甲醇汽油(M15)和高比例甲醇燃料(M85)都将有不错的市场前景。随着国家甲醇燃料标准和规范的出台，甲醇燃料储运、使用等环节的社会化服务体系的建立，以及相关发动机和汽车技术的不断开发和完善，甲醇燃料有可能在市场上得到比较广泛的销售和使用。
    低比例甲醇汽油(M15)的应用不存在大的技术难题，在加强对现有实用技术评价和论证的基础上，需有效解决腐蚀、溶胀及燃料助溶等问题，加快进行车辆适配性试验研究。高比例甲醇燃料(M85)可在继续加强专用发动机和关键零部件开发的基础上，加强高效润滑添加剂和发动机专用机油的开发等，同时有步骤地推动基础设施的扩展。开始可在一些地区的公交车、出租车等定点线路上扩大示范运行。为解决地区间燃料不同的问题，国家应鼓励汽车厂家开发研制生产灵活的燃料汽车。
    2. 二甲醚燃料
    二甲醚作为民用燃料替代LPG的技术已经逐步成熟，需要在规范应用的基础上，进一步开发完善二甲醚汽车的示范运行，同时在发动机的可靠性、耐久性及材料等方面进一步加强工作。
    3. 天然气车用燃料
    燃气汽车的推广应用在相当程度上受到管网、基础设施建设及续驶里程、储存携带等因素的影响。燃气汽车的经济性取决于天然气的价格，在燃气价格较高时，燃气汽车竞争力较差。
    天然气液体燃料适宜在天然气产地、西气东输沿线等地区推广应用。
    4. 其他
    目前国内生物质燃料生产技术还不完全成熟，生物质燃料的发展在相当程度上还会受到资源和土地的限制，发展乙醇燃料会受到粮食和生物质可供应量的限制。今后应重点发展木薯、甘薯、甜高粱秸杆等燃料乙醇，开发麻疯树、黄连木等生物柴油。在煤制油方面，“十一五”期间是煤制油技术的商业化应用示范期，2010-2020年将是煤制油产业化的重要发展期。到2020年末，有可能实现煤制油技术产业化。
    综合考虑我国资源、技术、经济及环境情况，我国替代能源的发展，必须走多元化的发展道路，才能最大限度地实现替代，最大限度地弥补石油供需缺口，实现能源、经济、环境的协调发展。
    煤基液体燃料应是我国近中期发展的重点。含量低于15%的甲醇汽油和高于85%的车用甲醇燃料是今后可行的发展方向，几年后甲醇燃料有可能在市场上得到比较广泛的销售和使用。煤制油技术到2010-2020年会进入产业化快速发展期，未来几十年会有良好的市场前景。
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