车用替代燃料应用现状论文

车用替代燃料应用现状

摘要：本文论述了车用替代燃料应用的现状。探讨了甲醇、乙醇、生物柴油、天然气、二甲醚，氢气的性能特点、应用现状，存在的问题，提出了车用替代燃料的发展趋势。

关键词：甲醇乙醇生物柴油天然气二甲醚氢气

1.引言

随着我国经济的发展和石油消费量的增加，国内石油产量早已难以满足需要，进口量持续增加。预计到2040年，中国将面临石油严重短缺的局面[1]。同时，环境污染问题也日益严重，减少汽车排放的呼声越来越高，排放控制日益严格。在这种情况下，减少汽车污染物排放成为代用燃料研究的主要目的，醇类、醚类、天然气、生物柴油等低污染代用燃料作为洁净性燃料再次受到重视[2] 。

2.车用替代燃料的应用现状

2.1醇类燃料

2.1.1甲醇燃料

甲醇的主要生产是使用合成的方法，合成甲醇是由固体（如煤炭）液体（如原油）或者气体（天然气）为原料，经过脱硫变化，除去二氧化碳，配制成一定的一氧化和氢。而且在不同的工艺下，甲醇的合成具有不同的工业合成方法，例如ici低压和中压法，以及lurgi低压和中压法。甲醇汽油是指汽油的部分被添加甲醇，用甲醇燃料助溶剂复配的m系列混合燃料。目前，商用甲醇主要为m85

和m100[3]，甲醇与m85或比例混合的甲醇汽油混合则会表现出反常的高蒸气压，导致烃类的挥发。从而m100性能优于m85，具有更大的环境优越性。但是使用m100甲醇汽油，必须对发动机进行改造[4]。甲醇混合燃料具有热孝率，动力性，启动性，具有降低排放，节省石油，安全方便等特制。但由于甲醇毒性大，有腐蚀性，其生产过程是从能源的一种状态转换到另一种状态，能源利用率底，在2004年4月修订的《世界燃料规范》中要求汽油中不允许使用甲醇[5]。

2.1.2乙醇燃料

乙醇通常使用两种工业制法。首先是发酵法，它在历史中占有长时间的主导地位，曾经是乙醇唯一的工业制造方法，发酵法使用含有淀粉的农产品，如谷类和薯类。其次是乙烯水化法，它就是在加热，加压和有催化剂存在的条件下与水的直接反应，产生乙醇。由于车用乙醇燃料具有燃烧充分的特性，可以有效的预防和消除火花塞，气门，排气管，消声器等部位积碳的形成，由此延长发动机和汽车主要部件的使用寿命，所以全球学者与专家都保持着对乙醇燃料不变的热诚。例如，在美国，乙醇的热潮甚至掀起了一场燃油转换的热潮。在2005年8月，美国国会通过了一项重要的能源法案，其要求，在2012年以前，美国将从2005年时的40亿加仑左右的乙醇年产量增加到75亿加仑的年产量，用以取代进口燃料。同时，在未来11-20年内，乙醇以其无污染、可再生的特点，将拥有新型燃料电池30%-40%的市场份额，容量将是车用燃料市场的5

倍以上[6]。由此可见乙醇燃料在当今世界燃料领域的重要地位。但是乙醇汽油的储运有一定的困难。由于乙醇汽油对水特别敏感，少量的水即可导致乙醇汽油分层，且乙醇与水的亲和力很强，很容易从空气中吸收水分，储运过程必须采取必要的措施[4]。

2.3生物柴油

生物柴油可以被形容成一种通过油料作物，野生植物油和动物油脂以及餐饮垃圾油等为原料油，然后通过交换工艺替代石化柴油的再生性柴油燃料。生物质柴油作为新兴的高科技产业正在欧盟国家和美国蓬勃发展。生物柴油与常规柴油相比，生物柴油的优点十分突出。

首先，生物柴油具有优良的环保性，主要表现在生物柴油中硫含量低，可以减少30%的二氧化碳和硫化物的排放、不含有对环境污染较为严重的芳香族烷烃，汽车排除的废气对人体的损害低于柴油。根据数据显示，与普通柴油相比，生物柴油可以有效的减少90%的空气毒性，并且降低94%的患癌率[7]。其次生物柴油具有优良的润滑性和发动机低温启动性能，方便贮运且燃烧性能优良。另外生物柴油的润滑性能，可以减少喷油泵，发动机缸体和连杆的磨损率。同时欧盟国家与美国政府纷纷提供高额财政补贴支持种植油料作物，对生产生物柴油给予税收优惠，使生物柴油价格与石油柴油相当，具有市场竞争力，产业发展势头强劲[8]。目前生物柴油也存在着大量的不足。例如，解决植物油的采购、运输、储存以及提取生物柴油生产的大部分成本。还有生物柴油也存在一些技术限制。

由于它比普通柴油粘度高，因此在低温下会降低可用性。而且在湿热环境下，长期储存生物柴油还需要考虑到抑制微生物和细菌的滋生。

2.4天然气

天然气的主要成分是甲烷，含量为85%～99%。按照燃料的使用形态和使用方法的不同，国外、国内不外乎有两种方式，即液化天然气（lng）和压缩天然气（cng）。cng是目前国内车主要使用方式，国内天然气汽车起始阶段也从cng技术的推广开始[9] 。

cng与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供给系统，另一套为增加的天然气供给装置[10]。发动机可分为使用cng和汽油作为燃料，两种燃料的转换利用选择开关实现。由于发动机结构未作改动，当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车功率下降。

lng是现今世界能源供应中需求增长最快的一种燃料，国外早在20世纪90年代就建成了世界第一座液化天然气工厂。lng在贮存能量密度、汽车续驶里程、贮存容量压力等方面均优于cng，能解决cng汽车所存在的一些问题，所以lng作为天然气的使用方式之一，是今后重点发展方向。

2.5二甲醚

二甲醚用作汽车能源，来源比较丰富。目前基本采用二步法工艺生产，即首先让天然气或煤等原料变成合成气（h2、co、 co2），进一步转换成甲醇，最后脱水变成二甲醚。目前，日本、奥地利都

有使用dme的实例。其热效率和柴油相近，nox排放为柴油的一半[11]。而我国在2006年，国家发改委召开二甲醚产业发展座谈会，并制定了相关产业政策。2007年5月10日，世界第一座商业运营的车用二甲醚加注站在上海正式投入试运营。2010年在世博会期间推出一定数量的燃烧乙醇的公交车。预计3至5年后，dme替代柴油将首先在部分大中城市公交车系统上应用。二甲醚是公认的优质清洁燃料，无腐蚀，污染排放少，有利于保护环境，经济上也有一定优势。但存在热值低，密度小，柴油机要做适当改造或专门设计，黏度低，润滑性差，对橡胶有溶涨性等问题，需要加强可靠性和耐久性的研究。

2.6氢气

制氢有三种办法，风力发电-电解水制氢；天然气重整制氢；煤气化制氢。h2主要用作宇宙飞船、航天飞机等尖端科技产品的燃料，现在发展到应用在汽车上[12]。目前国际上正在进行氢能源系统技术的研究与开发[10]。国际氢能杂志上有文章指出：对比不同能源的综台效益，氢是1，天然气是0.6，石油是0.5。合成天然气也是0.5。由此综合经济成本和环境成本，可以判定氢能的燃料经济性是最好的。但是氢能燃料在贮存和运输上还有很大问题。氢作为燃料，储存很难，氢气必须加压降温置于5000 kpa, —253℃的容器内才能供汽车使用。即使是用最新隔热技术制成的低温罐，每天仍需排除2%体积的氢以降低由于温度升高而引起的蒸汽压力上升。行驶同样的里程，液态氢的成本是汽油的28倍。因此如何解决氢