中國儲能網訊：我國甲醇汽車發(fā)展面臨的一個關鍵問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。甲醇傳統上作為有機化工原料，使用在化工、醫(yī)藥、建材、紡織等領域，能源則是其新興應用領域。
由于甲醇燃料動力性強，早在第一次世界大戰(zhàn)時就曾經出現過甲醇燃料戰(zhàn)車。由于20世紀70年代發(fā)生了兩次石油危機，美國、日本、歐洲及其他一些國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。車用甲醇燃料經歷了從低比例甲醇與油品摻燒逐漸發(fā)展到高比例的過程。
我國甲醇燃料和甲醇汽車的開發(fā)已經進行多年。目前，我國在甲醇發(fā)動機技術上處于世界領先地位，在排放和使用安全上進行了技術評價并達到了成熟可靠的水平。
國家工信部把甲醇汽車定義為“符合GB/T3730.1中汽車定義，裝用專門設計開發(fā)的適用車用甲醇（M85或M100）燃料或甲醇-柴油雙燃料的發(fā)動機。”（其中M后的數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，甲醇燃料作為車用替代燃料越來越受到重視，工信部為了全面評價甲醇汽車，積累相關經驗，2012年1月決定在山西、陜西、上海開展甲醇汽車試點工作。2014年8月，工信部同意將貴州和甘肅也納入國家甲醇汽車試點工作。
甲醇汽車的優(yōu)勢
從理論上講，所有能級高于二氧化碳和水的烴類化合物都能用來制甲醇，制取甲醇的原料永不枯竭。
當前，制取甲醇的主要原料是天然氣、煤，生物質原料也可制取甲醇。以高硫劣質煤制甲醇有利于充分利用我國煤炭資源。在現有經濟和技術條件下，天然氣和煤是制甲醇的主要原料。
國際上，主要采取流程簡單、副產物少的天然氣制甲醇路線。在目前技術水平下，我國“富煤、貧油、少氣”的能源資源國情決定了只能以煤制甲醇為主。在我國已有探明的煤炭儲量中，高硫煤約占10%。高硫煤直接燃燒嚴重污染環(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煤也不利于燃用。中高灰分煤占煤炭儲量的30%左右，也可作為制取甲醇的原料。以高硫高灰劣質煤制取甲醇有利于充分利用我國煤炭資源。煉焦產生的焦爐氣直接放散到空氣中會嚴重污染環(huán)境。以焦爐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程，其經濟效益是焦爐氣作為城市煤氣的10倍。
發(fā)展甲醇燃料可以緩解我國甲醇產能過剩的狀況。2008年國際金融危機爆發(fā)之前，我國甲醇產能增長很快。2008年國際金融危機之后，甲醇作為基礎化工原料的傳統需求低迷，甲醇裝置開工率僅維持40-60%之間。發(fā)展車用甲醇燃料的空間較大，可以緩解產能過剩。
此外，在我國油氣對外依存度不斷攀升的情況下，發(fā)展來自本土的甲醇替代能源，有利于促進能源消費結構多元化，在一定程度上促進國家的能源安全。
在經濟性方面，甲醇汽車在燃料經濟性上要明顯優(yōu)于汽油車。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)動機的壓縮比，在實際應用中可以獲得遠比理論數值好得多的替代比。
研究表明車用甲醇與汽油的實際替代比為1.6-1.9:1。以工信部甲醇汽車試點工作中使用吉利海景SC7甲醇轎車為例，甲醇消耗量為15.3L/100km，同排量轎車汽油消耗量為8L/100km，甲醇與汽油替代比為1.9:1，在工信部甲醇汽車試點后一年之中，比同款同排量汽油車節(jié)省燃料成本48%。另據天津大學發(fā)動機技術國家重點實驗室的數據，甲醇—柴油雙燃料的發(fā)動機使用的甲醇燃料可達到35%，可以節(jié)省燃料成本15-20%。
從環(huán)保方面來說，甲醇汽車的常規(guī)排放和非常規(guī)排放均優(yōu)于汽柴油。根據國際能源署對各種汽車燃料所做檢測，甲醇M100的常規(guī)排放居優(yōu)（參見表1）。根據工信部甲醇汽車試點中常規(guī)排放檢測數據，總體上優(yōu)于國際能源署的數據，比國Ⅳ標準的限額值低40%至50%，部分指標達到國Ⅴ標準，非常規(guī)排放中甲醛排放僅為《甲醇汽車產品技術要求》規(guī)定限額值的1%。
甲醇汽車還有利于減少顆粒物排放造成的空氣污染。汽車燃料碳鏈的長短是決定顆粒物排放的主要因素，碳鏈越長的燃料顆粒物排放就越多。柴油所含碳氫化合物的碳原子數是12-260個，汽油是7-16個，甲醇僅有一個碳原子，因而甲醇燃料的顆粒物排放必然是很少的。
最后需要強調的是，甲醇的安全性不存在問題。在遵守操作規(guī)范的情況下，甲醇燃料不會對人體健康和環(huán)境產生不良影響。
甲醇和汽油均屬于輕度危害，且甲醇的危害指數低于汽油。美國能源部的報告也得出了類似的結論。
甲醇泄漏地面后7天內就可從環(huán)境中脫除，不會造成對水體和土壤的嚴重污染和累積污染。相比之下，不溶于水的汽油、柴油等石油產品泄漏地面20多天才可降解，很難脫除。
發(fā)展甲醇汽車的四大障礙
我國甲醇汽車發(fā)展面臨的一個關鍵問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)展甲醇汽車還缺乏有力的政策支持，制約著甲醇汽車市場的發(fā)展。具體來說，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疑。工信部甲醇汽車試點工作鼓勵使用焦爐氣、高硫劣質煤制取的甲醇作為車用燃料。焦爐氣和高硫煤制取甲醇對于資源利用效率和環(huán)境無疑具有重大意義。不過，目前我國焦爐氣制甲醇只占甲醇總產量的18%，煤制甲醇占我國甲醇總產量的65%，高硫劣質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疑。
第二，政策與標準方面缺乏支持。我國的甲醇燃料和甲醇汽車工作早在20世紀70年代末80年底初就已經開展，但是由于沒有持續(xù)和足夠的政策支持，發(fā)展速度不快，長期處于“示范”“試點”階段。
正如原機械工業(yè)部部長何光遠所說，甲醇汽車工作不能總是原地踏步，不能總在“示范”“試點”上打轉轉，30年間曾經搞了若干次，因為主管部門機構變動而不了了之。他認為，2012年工信部開展甲醇汽車試點工作后，有必要開展從“試點”到“推廣”的前期政策、法規(guī)方面的研究。
《車用燃料甲醇》和《車用甲醇汽油（M85）》兩項國家標準已經發(fā)布，多個省市發(fā)布了30多項地方標準，這為甲醇燃料和甲醇汽車的發(fā)展提供了一定的保障。但是，國家標準僅有兩項，地方標準不統一，這種狀況制約了甲醇汽車的推廣與發(fā)展。
第三，甲醇汽車的市場開拓方面存在一定難度。由于對甲醇汽車的支持力度畢竟有限，配套服務也不完善，甲醇汽車市場較小。
在貴州、甘肅參與工信部試點之前，參與工信部甲醇汽車試點工作的車只有281輛，絕大多數集中在山西省。貴州、甘肅的三個城市計劃投入1800輛甲醇汽車。工信部甲醇試點工作開展以來，與試點工作形成鮮明對照的是改裝車發(fā)展迅速。以山西為例，三家改裝車企業(yè)自2013年以來改裝了33600輛車。不過，改裝車不屬于工信部定義的專門設計的甲醇汽車，改裝的技術水準也存在差異。
與甲醇汽車相關聯的后續(xù)服務、加注設施建設等配套措施如何跟上也存在問題。在缺少政策和相關支持的條件下，完全靠自發(fā)形成的市場空間不可能太大。
第四，技術方面仍有一定的障礙。隨著技術進步，甲醇腐蝕性強、溶脹性、冷啟動、氣阻、互溶性等問題都得到了較好的解決。當然，甲醇汽車整車研發(fā)、甲醇內燃機專用零部件制造及某些關鍵技術及產品還需進一步提高技術水平和質量。不過，總的看，甲醇汽車在技術上已經比較成熟，不存在大的障礙。
甲醇技術的新動向
目前，生物質可再生甲醇受到了越來越多的關注，可以用木材廢料、秸稈、雜草、樹葉、有機垃圾、沼氣、水生植物及藻類和微生物等生物質原料生產可再生甲醇。從發(fā)展生物技術入手，增加生物質原料產量，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，并且實現高效的循環(huán)經濟。目前，無論是以煤、天然氣等化石原料還是生物質制取甲醇，都采用先制成合成氣，再生產甲醇的路線。
諾貝爾化學獎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回收二氧化碳；同時以可再生能源發(fā)電，電解水產生氫氣，或者以太陽能光解水產生氫氣，并將氫與回收的二氧化碳結合制取可再生甲醇。甲醇燃燒后產生二氧化碳和水，然后再以上述路線制取甲醇，從而形成循環(huán)經濟。這無疑是一種非常理想的模式。
目前，冰島的碳循環(huán)國際公司通過利用地熱能，以其特有的二氧化碳制取甲醇技術實現碳循環(huán)，已建成了諾貝爾化學獎獲得者奧拉設想下的世界上首個商業(yè)化的低碳可再生甲醇工廠，正在積極開展示范和推廣。
2015年7月3日，浙江吉利控股集團與冰島的碳循環(huán)國際公司簽署一項總額為4550萬美元的協議投資二氧化碳制取低碳可再生甲醇技術。此種新技術只要能做好成本控制，必將會對汽車節(jié)能減排產生顛覆性的影響，極大地推動甲醇汽車的發(fā)展。
（作者系北京大學國際關系學院世界新能源戰(zhàn)略研究中心博士后）
