發(fā)動機燃用甲醇的減碳預(yù)測模型

朱佳隆 華琰 王忠

摘 要：運用低碳燃料甲醇替代汽油和柴油有助于降低CO2、CO和總碳氫排放。通過建立發(fā)動機燃用甲醇理論減排模型，預(yù)測了未來5年中國燃用甲醇替代汽油/柴油的CO2新增排放。結(jié)果表明，甲醇以10～20%的替代率將降低4.1～8.3%的CO2新增年排放。

關(guān)鍵詞：甲醇; 發(fā)動機; 二氧化碳

中圖分類號：U464.1? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）7-184-002

1.國家減碳戰(zhàn)略及政策

黨的十九屆五中全會上對能源發(fā)展提出戰(zhàn)略目標，中國在聯(lián)合國會議上提出“努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。目前我國碳排放仍然處于高位階段，超過85%的碳排放來自于能源活動。2020年末，我國非化石能源比重約15%，化石能源占比依然很高[1]，而內(nèi)燃機動力消耗了三分之二的石油。2020年我國全年原油凈進口量達5.42億噸，原油依存度進一步升至73.5%，成為威脅經(jīng)濟建設(shè)和能源安全的不穩(wěn)定因素[2]。

相較于化石能源，甲醇具有三大優(yōu)勢。第一，保障能源安全。我國是產(chǎn)煤大國，而甲醇主要來源于煤，2018年煤制甲醇4334萬噸，約占總產(chǎn)量的67%。第二，經(jīng)濟性好。煤制甲醇工藝對煤品類的要求不高，而煤的多聯(lián)產(chǎn)進一步降低了甲醇的生產(chǎn)成本，使得甲醇的售價（約2元/升）遠低于汽油（約6.5元/升）和柴油（約6.2元/升）。第三，低碳環(huán)保。根據(jù)姚春德院士[3]的判斷，完全燃燒1kg甲醇的碳排放約為相同質(zhì)量柴油的40～45%。因此，為了保障能源安全并兌現(xiàn)碳中和的承諾，發(fā)展甲醇經(jīng)濟是重要的能源取向[4]。2019年八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于在部分地區(qū)開展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，借助國家政策推動甲醇汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.發(fā)動機燃用甲醇理論減排效果預(yù)測

2020年中國汽車總銷量為2513萬輛，其中乘用車2017.8萬輛，商用車513.3萬輛，新能源車136.7萬輛[5]。將新能源車輛、油耗分布和年行駛里程進行簡化，如表1所示。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程，完全燃燒1kg汽油釋放2.27kgCO2，根據(jù)C12H26+31.5O2=12CO2+13H2O，完全燃燒1kg柴油釋放3.16kgCO2。根據(jù)CH3OH+1.5O2=CO2+2H2O，完全燃燒1kg甲醇釋放1.375kgCO2。

根據(jù)柴油、汽油和甲醇的理化性質(zhì)，如表2所示。綜合考慮甲醇的熱值和燃燒熱效率，實際發(fā)動機試驗中替代比約為1.3～1.5[6]，即取1.5kg的甲醇替換1kg的汽油，1.3kg的甲醇替換1kg的柴油。

結(jié)合汽車數(shù)量、平均油耗、行駛里程和單位燃料碳排放量數(shù)據(jù)，估算我國2020年發(fā)動機燃用柴油和汽油的CO2新增排放總量，并以10%甲醇替代率（M10）作為對比方案，結(jié)果如圖1所示。甲醇替代10%將4.9億噸CO2排放總量降低至4.7億噸，降幅為4.1%。

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的預(yù)測，2021年中國汽車銷量有望超過2600萬輛，同比增長4%。以4%作為未來5年中國汽車銷量的平均增速，以2%作為甲醇替代率的增長速率，預(yù)測中國發(fā)動機燃用甲醇混合燃料的CO2新增排放總量，如圖2所示。隨著甲醇替代率的增大，2025年CO2新增排放總量較無甲醇替代降低8.3%。

3.結(jié)論

在國家減碳戰(zhàn)略的背景下，甲醇以保障能源安全、經(jīng)濟性好和低碳環(huán)保的特點替代汽油和柴油，這將大量減少CO2排放。運用發(fā)動機燃用甲醇理論減排模型，預(yù)測2021～2025年，甲醇以10～20%的替代率降低4.1～8.3%的CO2新增年排放。

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（51776089）

參考文獻：

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[3]姚春德，劉辰，耿鵬，等.甲醇柴油雙燃料燃燒結(jié)合DOC/POC耦合大幅度減少發(fā)動機微粒排放的研究[J]環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，34（11）：2918-24

[4]何光遠.發(fā)展甲醇經(jīng)濟是重要的能源取向[N]2020-12.16

[5]中國汽車工業(yè)協(xié)會.2020年汽車工業(yè)經(jīng)濟運行情況[M]中汽協(xié)會行業(yè)信息部，2021

[6]閻文兵，姜紹忠，方林焱，等.一種甲醇/汽油靈活燃料發(fā)動機智能控制裝置[J]拖拉機與農(nóng)用運輸車，2009，36（06）：122-3+6

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