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我国甲醇燃料应用现状及其前景 |
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1．前言
随着全球人口的增加和人民生活水平的不断提高，对能源的需求日趋强劲。并且随着工业的发展，能源结构也在不断发生着变化，从工业大革命初期到工业快速发展的20世纪，尤其随着20世纪中期石油化工的迅速发展，更是加快了能源工业发展的步伐。但是传统的石油、天然气资源日渐匮乏，特别是世界剩余可采储量的石油仅可使用40年左右，所以寻求替代能源将成为未来世界经济发展的关键。
近年来，随着我国对能源投入力度的强化，能源供求矛盾得到有效缓解，但是能源结构性矛盾却日益突出，特别是我国石油供不应求的问题更为突出。尽管在“九五”期间的石油消费增长速度有所减缓，但是石油消费的平均增加量和石油消费弹性系数均比“八五”期间有所增加。然而“九五”期间在石油生产方面，尽管原油产量的年均增长率、年均增长量和生产弹性系数，均比“八五”期间略有增长，但是生产量与消费量之差更大。在整个20世纪90年代中，我国石油消费年均增长速度比石油生产年均增长速度高出4.63个百分点，在今后十多年内，这种差额状态还将继续下去。
在我国整个石油消费市场中，其中汽油、柴油的消费超过总消费量的50％以上，其中交通燃料约占70％以上，这也是我国能源结构性矛盾的关键所在。据汽车行业部门的预测，在未来20年中，我国的汽车拥有量将在2000年的基础上翻两番。到2020年我国汽车拥有量将超过6000万辆。仅对汽、柴油的消耗将超过亿吨。随着我国经济建设的迅速发展，对能源的需求也在飞速增长，特别是油品消耗的大户——汽车及内燃机工业的迅速发展，更增加了我国的能源危机感。对于石油资源缺乏的我国来说，无论是从政治方面还是经济方面考虑，能源安全已经成为不可回避的现实问题。
2．甲醇燃料应用现状
2．1 甲醇燃料简介
甲醇是一种易燃易挥发的无色透明液体，具有与现实使用的液体燃料极为相近的燃烧性能，辛烷值高，抗爆性能好，其生产原料非常广泛，产品的运输、储存、分装加注和使用，与目前市场上所供应的内燃机用汽油和柴油燃料特点极为相似。同时，甲醇还可作为燃料电池的重要原料。在目前的开发应用中，甲醇燃料分为直接使用和间接使用两大类。直接使用又分为全额甲醇和部分掺混两种形式；间接使用可通过化学转化方法和电化学转化方法达到能量转化的目的。化学转化主要是将甲醇转化为甲基叔丁基醚和二甲醚等。电化学转化过程又可分为两种方式，一种是直接燃料电池，另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳，氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢，然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。图为世界最小的甲醇燃料电池。
世界最小的甲醇燃料电池
甲醇燃料的几种使用方式
2.2甲醇燃料国外应用进展
作为甲醇燃料的主要形式，甲醇汽油开发及应用在国外开始于二十世纪70年代的第二次石油危机，从替代能源的角度考虑，德国、美国、日本等国先后投入了人力、物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发。在70-80年代期间，德国就推出了甲醇汽车，德国大众汽车公司还在中国推出M100甲醇汽车示范车。美国重点开发M85、M100专用甲醇燃料汽车。美国福特公司还开发了可使用甲醇与汽油以任意比例混合的燃料的灵活燃料汽车（FFV），这种车由燃料传感器识别成分，通过电脑提供发动机最佳运行参数，这样就不会受到加油站限制。目前FFV汽车在美国已经能大规模商业生产。日本对甲醇燃料的研究始于二十世纪80年代后期，进入90年代初期已有300多辆甲醇燃料汽车投入运行，他们将高比例的甲醇燃料用于轻型货车（由柴油机改造）。
2.3甲醇燃料国内应用进展
我国对甲醇燃料的研究起步于二十世纪70年代初期，“六五”期间，国家科委与交通部、山西省共同组织，在山西省进行了M15-M25甲醇燃料的研究实验，共有480辆货车参与了试验及示范工作。在此期间建设了5个甲醇燃料加注站，并加入适量杂醇等助剂，在解决甲醇燃料的使用与汽油的相溶性方面积累了许多经验。“七五”期间，由国家科委组织，中国科学院牵头并由大专院校、汽车、环境、卫生等6部门参加组成了攻关组，重点对492发动机进行了扭距、热效率和尾气排放等技术进行了较为系统的研究，并且有3辆车参与了路试，各项试验指标均取得了较满意的效果。进入“八五”，由国家科委组织有关大专院校、石油、化工、煤炭、汽车、环境、卫生等8个单位，与德国大众汽车公司合作，共同进行高比例甲醇发动机和汽车的试验研究，先后共有14辆桑塔纳轿车参与了路试，其中有8辆车在北京累计行驶约150万km，并建成甲醇燃料加注站1个，目前仍有3辆甲醇汽车在运行，单车行驶最长里程超过了22万km，运行车辆性能良好。在此期间，还对德国大众公司的灵活燃料发动机进行了全面试验。对于低比例甲醇燃料的开发应用开展得也比较早，四川省从1980年起开始在汽油中加注低比例甲醇燃料，到目前有客车、卡车和小轿车近千辆在使用，实际运营情况良好，未发现重大技术问题。
到目前为止，山西是我国甲醇燃料的示范性试验较为系统并且已成为推广应用最快、规模最大的地区之一。并且对甲醇燃料的存储、输配、防腐、安全以及甲醇汽车的运营调度、维护保养、试验检测和故障排除等方面，均总结出了较为系统的技术规程和管理办法，为更大范围的甲醇汽车产业化示范提供了宝贵的技木和管理方面的经验。山西省自行研制成功的“华顿甲醇汽油”，在太原经23辆汽车试验运行5个月效果良好。并组织了卡迪拉克、凌志400、雅阁本田、富康、捷达、桑塔纳、金杯、解放140、微型车等十几种车型共23辆汽车参加试用，3个月销售使用20t，无一例不良反应。它不仅每t售价比国标号汽油低出200元至800元，而且二氧化碳等尾气排放平均降低了30%以上。此次检测认定，其各项指标均达到或超过同标号国标无铅汽油，环保与节能功效突出，取得较为理想的效果。
山西省甲醇燃料产业化示范运行及技术测定已进行了8年，醇醚燃料及清洁汽车已完全突破技术关，特别是以15％的比例将甲醇掺入汽油中燃烧，无任何技术和环保问题，也不用改造发动机，加注燃料也不受地域限制。2002年山西省在太原、阳泉、临汾、晋城等4个城市进行了甲醇汽油产业化示范推广。到今年3月底，中石化山西分公司所属各试点城市石油公司已新建和改建了100座加油站销售甲醇汽柴油。山西佳新公司生产的M85－M100甲醇燃料公交车和城际公交车先后在阳泉、太原至晋中等地投入运营；大同云岗汽车集团公司全甲醇燃料装置在省内外改装在用车的数量已达1000辆，年燃用甲醇1万多吨。全省累计使用甲醇汽油的机动车达到了近50万辆次，涉及近50种车型，共消耗甲醇汽油12192吨，使用变性甲醇1836吨。
经过多年的研究开发，我国在甲醇燃料的开发及应用方面已具有了一定基础，在汽油中掺入5％、15％、25％和85％的甲醇及用纯甲醇（100％）作为汽车燃料的试验研究方面已进行大量实质性工作，特别是低比例掺烧甲醇，汽车无需做任何改动，可直接掺人汽油中使用。
3．甲醇燃料的应用前景
甲醇燃料除了具有良好的燃烧性能和环保效果外，更重要的是产品价格以及储运等费用方面也具有竞争优势，因此市场前景看好。
随着我国甲醇燃料示范规划的成熟及推广工作的进行，未来甲醇燃料的消费量将显著增加。根据我国汽车工业发展趋势预测，到2008年我国的汽车保有量将突破3000万辆，对汽油的消费需求也将有较大增长，预计在今后5年内汽油消费递增保持在5％左右，到 2008年我国汽油消费量将超过5000万t。如果全国40％范围内推广M5甲醇汽油，其消费量将达到100万t左右。另外，M85－100甲醇汽油发动机及汽车的开发工作也在推进，如果能在部分地区进行示范应用成功，5年后将推广达到2％左右的应用范围，其年消费量也将超过100万t。近年来甲醇车用燃料己经引起了广泛的关注，预计到2008年甲醇燃料对甲醇的总消费需求将超过200万t，使甲醇燃料在甲醇总体消费中的比例将超过30%。
另一方面，甲醇燃料电池的市场同样不可忽视。在国际上，由于氢燃料电池系统的能源利用达到60％（现在最好的发动机的利用率才仅有20％多），燃料电池系统的制造成本比发动机低得多，也容易得多，而且燃料电池汽车除去了传动系统，使整车生产更加容易。因此，一些著名公司已经将目光注视到甲醇车的开发上，并有了甲醇燃料电池车的发展计划。戴姆勒—克莱斯勒已经开发出NECAR3型汽车，采用以甲醇为液体燃料的板式燃料系统，计划在2004年生产10万辆燃料电池商用车；本田于2000年开发出了甲醇电池车，计划2003年开始商业化生产；日产已经开发出了甲醇电池车，计划2003年投入市场；福特公司已经开发出运动型原型车，采用甲醇液体电池发动机，计划2004年进行商业化生产；通用汽车公司也已经开发出了甲醇电池原型车，计划2004年投入商业化生产。美国为了促进甲醇电动汽车的技术开发和市场推广，在1999年9月由克林顿签署法案，以低税率和政府补贴的方式对甲醇电池技术予以支持。对新建甲醇充装站或改造现有的汽柴油加油站的，美国政府将给每座充装站30000美元补贴。甲醇燃料电池车的开发，已经成为各大跨国公司竞争的焦点之一。国内方面，随着北京成功获得2008年国际奥运会的主办权，城市急需大量开发清洁能源，环保产业，基础设施。国家一直大力投资的电动车产业，城市的天然气，煤气开发利用工程都给甲醇燃料电池这一公认的清洁和关键产业带来巨大的发展商机。
4．总体结论与发展建议
甲醇燃料作为新型替代能源，无论是直接使用如甲醇汽油，还是间接使用如甲醇燃料电池，均具有较好的发展前景。
对于甲醇燃料的发展，在此提出以下几点建议：
（1）国家有关部门从保障能源安全和整体经济健康快速发展的角度出发，尽快组织制定甲醇燃料及其能源调整工程的计划和实施方案；
（2）制定甲醇燃料产品及使用标准，并选择进展快、技木应用等方面较为成熟的重点地区，开展示范性工作以促进健康有序的发展，以便将来在更大范围推广；
（3）加强甲醇燃料的宣传工作，在强化使用操作规程的同时，克服甲醇产品有毒的顾虑；
（4）结合我国富有煤炭资源的国情以及天然气资源情况，因地制宜地选择适合甲醇生产的原料，井且可以充分考虑各种原料适当配合的综合利用方式，以降低甲醇生产成本，提高市场竞争能力；
（5）研究部门与生产企业密切协作，在完善混配甲醇燃料和内燃机改造及供配系统的基础上，尽快推进燃料甲醇产品的生产进程；
（6）国家在积极推进甲醇燃料汽车应用试验的基础上，还需制定相应配套的政策法规，特别是在甲醇燃料产品价格、税收、投资以及甲醇汽车生产、销售等方面采取必要的优惠措施，以期进一步促进我国甲醇燃料的整体发展。 (end)
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(6/14/2005) |
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