我國(guó)發(fā)展甲醇汽車(chē)的四大障礙

石冬明

我國(guó)甲醇汽車(chē)發(fā)展面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是其全生命周期溫室氣體排放偏高，耗水量較大，而且還缺乏有力的政策支持，困難重重。

甲醇（CH3OH）最早是利用木材干餾制取的，因而甲醇也叫木醇或木精。甲醇傳統(tǒng)上作為有機(jī)化工原料，使用在化工、醫(yī)藥、建材、紡織等領(lǐng)域，能源則是其新興應(yīng)用領(lǐng)域。

由于甲醇燃料動(dòng)力性強(qiáng)，早在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)就曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)甲醇燃料戰(zhàn)車(chē)。由于20世紀(jì)70年代發(fā)生了兩次石油危機(jī)，美國(guó)、日本、歐洲及其他一些國(guó)家為了減少石油依賴，并為了減少空氣污染相繼發(fā)展甲醇汽車(chē)。車(chē)用甲醇燃料經(jīng)歷了從低比例甲醇與油品摻燒逐漸發(fā)展到高比例的過(guò)程。

我國(guó)甲醇燃料和甲醇汽車(chē)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)行多年。目前，我國(guó)在甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位，在排放和使用安全上進(jìn)行了技術(shù)評(píng)價(jià)并達(dá)到了成熟可靠的水平。

國(guó)家工信部把甲醇汽車(chē)定義為“符合GB/T3730.1中汽車(chē)定義，裝用專門(mén)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的適用車(chē)用甲醇（M85或M100）燃料或甲醇-柴油雙燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。”（其中M后的數(shù)字表示甲甲醇與汽油混摻的燃料中甲醇體積所占百分比。）

近年來(lái)，甲醇燃料作為車(chē)用替代燃料越來(lái)越受到重視，工信部為了全面評(píng)價(jià)甲醇汽車(chē)，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，2012年1月決定在山西、陜西、上海開(kāi)展甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作。2014年8月，工信部同意將貴州和甘肅也納入國(guó)家甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作。

甲醇汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)

從理論上講，所有能級(jí)高于二氧化碳和水的烴類化合物都能用來(lái)制甲醇，制取甲醇的原料永不枯竭。

當(dāng)前，制取甲醇的主要原料是天然氣、煤，生物質(zhì)原料也可制取甲醇。以高硫劣質(zhì)煤制甲醇有利于充分利用我國(guó)煤炭資源。在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，天然氣和煤是制甲醇的主要原料。

國(guó)際上，主要采取流程簡(jiǎn)單、副產(chǎn)物少的天然氣制甲醇路線。在目前技術(shù)水平下，我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源資源國(guó)情決定了只能以煤制甲醇為主。在我國(guó)已有探明的煤炭?jī)?chǔ)量中，高硫煤約占10%。高硫煤直接燃燒嚴(yán)重污染環(huán)境。發(fā)電廠和工業(yè)窯爐禁止使用高硫煤。水分高、熱量低的褐煤等劣質(zhì)煤也不利于燃用。中高灰分煤占煤炭?jī)?chǔ)量的30%左右，也可作為制取甲醇的原料。以高硫高灰劣質(zhì)煤制取甲醇有利于充分利用我國(guó)煤炭資源。煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t氣直接放散到空氣中會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。以焦?fàn)t氣制甲醇不但有利于環(huán)保，而且省去了煤制甲醇的氣化過(guò)程，其經(jīng)濟(jì)效益是焦?fàn)t氣作為城市煤氣的10倍。

發(fā)展甲醇燃料可以緩解我國(guó)甲醇產(chǎn)能過(guò)剩的狀況。2008年國(guó)際金融危機(jī)爆發(fā)之前，我國(guó)甲醇產(chǎn)能增長(zhǎng)很快。2008年國(guó)際金融危機(jī)之后，甲醇作為基礎(chǔ)化工原料的傳統(tǒng)需求低迷，甲醇裝置開(kāi)工率僅維持40-60%之間。發(fā)展車(chē)用甲醇燃料的空間較大，可以緩解產(chǎn)能過(guò)剩。

此外，在我國(guó)油氣對(duì)外依存度不斷攀升的情況下，發(fā)展來(lái)自本土的甲醇替代能源，有利于促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)多元化，在一定程度上促進(jìn)國(guó)家的能源安全。

在經(jīng)濟(jì)性方面，甲醇汽車(chē)在燃料經(jīng)濟(jì)性上要明顯優(yōu)于汽油車(chē)。甲醇與汽油的等熱值理論替代比為2.21：1，但甲醇分子中含氧量50%，燃燒充分、熱能利用率高，且甲醇的辛烷值比汽柴油都高可增大發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，在實(shí)際應(yīng)用中可以獲得遠(yuǎn)比理論數(shù)值好得多的替代比。

研究表明車(chē)用甲醇與汽油的實(shí)際替代比為1.6-1.9：1。以工信部甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作中使用吉利海景SC7甲醇轎車(chē)為例，甲醇消耗量為15.3L/100km，同排量轎車(chē)汽油消耗量為8L/100km，甲醇與汽油替代比為1.9：1，在工信部甲醇汽車(chē)試點(diǎn)后一年之中，比同款同排量汽油車(chē)節(jié)省燃料成本48%。另?yè)?jù)天津大學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，甲醇—柴油雙燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)使用的甲醇燃料可達(dá)到35%，可以節(jié)省燃料成本15-20%。

從環(huán)保方面來(lái)說(shuō)，甲醇汽車(chē)的常規(guī)排放和非常規(guī)排放均優(yōu)于汽柴油。根據(jù)國(guó)際能源署對(duì)各種汽車(chē)燃料所做檢測(cè)，甲醇M100的常規(guī)排放居優(yōu)（參見(jiàn)表1）。根據(jù)工信部甲醇汽車(chē)試點(diǎn)中常規(guī)排放檢測(cè)數(shù)據(jù)，總體上優(yōu)于國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，比國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的限額值低40%至50%，部分指標(biāo)達(dá)到國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，非常規(guī)排放中甲醛排放僅為《甲醇汽車(chē)產(chǎn)品技術(shù)要求》規(guī)定限額值的1%。

甲醇汽車(chē)還有利于減少顆粒物排放造成的空氣污染。汽車(chē)燃料碳鏈的長(zhǎng)短是決定顆粒物排放的主要因素，碳鏈越長(zhǎng)的燃料顆粒物排放就越多。柴油所含碳?xì)浠衔锏奶荚訑?shù)是12-260個(gè)，汽油是7-16個(gè)，甲醇僅有一個(gè)碳原子，因而甲醇燃料的顆粒物排放必然是很少的。

最后需要強(qiáng)調(diào)的是，甲醇的安全性不存在問(wèn)題。在遵守操作規(guī)范的情況下，甲醇燃料不會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

甲醇和汽油均屬于輕度危害，且甲醇的危害指數(shù)低于汽油。美國(guó)能源部的報(bào)告也得出了類似的結(jié)論。

甲醇泄漏地面后7天內(nèi)就可從環(huán)境中脫除，不會(huì)造成對(duì)水體和土壤的嚴(yán)重污染和累積污染。相比之下，不溶于水的汽油、柴油等石油產(chǎn)品泄漏地面20多天才可降解，很難脫除。

發(fā)展甲醇汽車(chē)的四大障礙

我國(guó)甲醇汽車(chē)發(fā)展面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是煤制甲醇燃料的全生命周期溫室氣體排放偏高，耗水量較大，又是不可再生能源。此外，發(fā)展甲醇汽車(chē)還缺乏有力的政策支持，制約著甲醇汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，有以下四大障礙：

第一，在燃料方面，煤制甲醇燃料面臨著一定質(zhì)疑。工信部甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作鼓勵(lì)使用焦?fàn)t氣、高硫劣質(zhì)煤制取的甲醇作為車(chē)用燃料。焦?fàn)t氣和高硫煤制取甲醇對(duì)于資源利用效率和環(huán)境無(wú)疑具有重大意義。不過(guò)，目前我國(guó)焦?fàn)t氣制甲醇只占甲醇總產(chǎn)量的18%，煤制甲醇占我國(guó)甲醇總產(chǎn)量的65%，高硫劣質(zhì)煤并不是煤制甲醇的主要原料。

煤制甲醇的全生命周期溫室氣體排放要高于汽柴油。煤制甲醇每噸耗水達(dá)8噸左右，煤化工耗水量一直比較大。鑒于碳排放、耗水量存在的不足，加之煤制甲醇是不可再生能源，因而受到一定程度質(zhì)疑。

第二，政策與標(biāo)準(zhǔn)方面缺乏支持。我國(guó)的甲醇燃料和甲醇汽車(chē)工作早在20世紀(jì)70年代末80年底初就已經(jīng)開(kāi)展，但是由于沒(méi)有持續(xù)和足夠的政策支持，發(fā)展速度不快，長(zhǎng)期處于“示范”“試點(diǎn)”階段。endprint

正如原機(jī)械工業(yè)部部長(zhǎng)何光遠(yuǎn)所說(shuō)，甲醇汽車(chē)工作不能總是原地踏步，不能總在“示范”“試點(diǎn)”上打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，30年間曾經(jīng)搞了若干次，因?yàn)橹鞴懿块T(mén)機(jī)構(gòu)變動(dòng)而不了了之。他認(rèn)為，2012年工信部開(kāi)展甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作后，有必要開(kāi)展從“試點(diǎn)”到“推廣”的前期政策、法規(guī)方面的研究。

《車(chē)用燃料甲醇》和《車(chē)用甲醇汽油（M85）》兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布，多個(gè)省市發(fā)布了30多項(xiàng)地方標(biāo)準(zhǔn)，這為甲醇燃料和甲醇汽車(chē)的發(fā)展提供了一定的保障。但是，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)僅有兩項(xiàng)，地方標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，這種狀況制約了甲醇汽車(chē)的推廣與發(fā)展。

第三，甲醇汽車(chē)的市場(chǎng)開(kāi)拓方面存在一定難度。由于對(duì)甲醇汽車(chē)的支持力度畢竟有限，配套服務(wù)也不完善，甲醇汽車(chē)市場(chǎng)較小。

在貴州、甘肅參與工信部試點(diǎn)之前，參與工信部甲醇汽車(chē)試點(diǎn)工作的車(chē)只有281輛，絕大多數(shù)集中在山西省。貴州、甘肅的三個(gè)城市計(jì)劃投入1800輛甲醇汽車(chē)。工信部甲醇試點(diǎn)工作開(kāi)展以來(lái)，與試點(diǎn)工作形成鮮明對(duì)照的是改裝車(chē)發(fā)展迅速。以山西為例，三家改裝車(chē)企業(yè)自2013年以來(lái)改裝了33600輛車(chē)。不過(guò)，改裝車(chē)不屬于工信部定義的專門(mén)設(shè)計(jì)的甲醇汽車(chē)，改裝的技術(shù)水準(zhǔn)也存在差異。

與甲醇汽車(chē)相關(guān)聯(lián)的后續(xù)服務(wù)、加注設(shè)施建設(shè)等配套措施如何跟上也存在問(wèn)題。在缺少政策和相關(guān)支持的條件下，完全靠自發(fā)形成的市場(chǎng)空間不可能太大。

第四，技術(shù)方面仍有一定的障礙。隨著技術(shù)進(jìn)步，甲醇腐蝕性強(qiáng)、溶脹性、冷啟動(dòng)、氣阻、互溶性等問(wèn)題都得到了較好的解決。當(dāng)然，甲醇汽車(chē)整車(chē)研發(fā)、甲醇內(nèi)燃機(jī)專用零部件制造及某些關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品還需進(jìn)一步提高技術(shù)水平和質(zhì)量。不過(guò)，總的看，甲醇汽車(chē)在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，不存在大的障礙。

甲醇技術(shù)的新動(dòng)向

目前，生物質(zhì)可再生甲醇受到了越來(lái)越多的關(guān)注，可以用木材廢料、秸稈、雜草、樹(shù)葉、有機(jī)垃圾、沼氣、水生植物及藻類和微生物等生物質(zhì)原料生產(chǎn)可再生甲醇。從發(fā)展生物技術(shù)入手，增加生物質(zhì)原料產(chǎn)量，可以在一定程度上替代煤、天然氣等化石原料。

制取甲醇的更理想方法是用水解產(chǎn)生的氫氣與捕捉到的二氧化碳合成甲醇，這樣既可獲得可再生的甲醇，又能減少碳排放，并且實(shí)現(xiàn)高效的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。目前，無(wú)論是以煤、天然氣等化石原料還是生物質(zhì)制取甲醇，都采用先制成合成氣，再生產(chǎn)甲醇的路線。

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者奧拉提出了以二氧化碳加氫制取低碳可再生甲醇的新路線。這種路線利用碳捕捉技術(shù)回收二氧化碳；同時(shí)以可再生能源發(fā)電，電解水產(chǎn)生氫氣，或者以太陽(yáng)能光解水產(chǎn)生氫氣，并將氫與回收的二氧化碳結(jié)合制取可再生甲醇。甲醇燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水，然后再以上述路線制取甲醇，從而形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)。這無(wú)疑是一種非常理想的模式。

目前，冰島的碳循環(huán)國(guó)際公司通過(guò)利用地?zé)崮?，以其特有的二氧化碳制取甲醇技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，已建成了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者奧拉設(shè)想下的世界上首個(gè)商業(yè)化的低碳可再生甲醇工廠，正在積極開(kāi)展示范和推廣。

2015年7月3日，浙江吉利控股集團(tuán)與冰島的碳循環(huán)國(guó)際公司簽署一項(xiàng)總額為4550萬(wàn)美元的協(xié)議投資二氧化碳制取低碳可再生甲醇技術(shù)。此種新技術(shù)只要能做好成本控制，必將會(huì)對(duì)汽車(chē)節(jié)能減排產(chǎn)生顛覆性的影響，極大地推動(dòng)甲醇汽車(chē)的發(fā)展。

（作者系北京大學(xué)國(guó)際關(guān)系學(xué)院世界新能源戰(zhàn)略研究中心博士后）endprint