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甲醇汽车:兴衰与未来
  新华网 ( 2019-06-12 06:38:54 ) 来源: 《环球》杂志
 

    在上世纪七八十年代,欧美国家已开始研发和推广甲醇汽车,但由于甲醇汽油的缺陷等原因,甲醇汽车目前在国外基本已消亡。

顾功尧

  工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部等部门近日联合印发《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》。在传统燃油汽车市场渐趋饱和、新能源汽车竞争激烈的大背景下,部分车企涉足甲醇汽车领域以求扩大自身竞争力,一些城市也对甲醇汽车上路行驶提供了政策许可。

  在上世纪七八十年代,欧美国家已开始研发和推广甲醇汽车,但由于甲醇汽油的缺陷等原因,甲醇汽车目前在国外基本已消亡。

  而在中国,近年来甲醇产能增速加快,甲醇腐蚀等技术问题也已得到解决。目前,甲醇汽车的区域性推广正稳步进行。继晋中、宝鸡、兰州、上海和贵阳等地之后,甲醇出租车于2018年底在西安首次投运。

甲醇燃料优劣

  甲醇,作为一种含氧的有机化合物,主要可以通过矿物燃料,例如煤或者天然气来合成。100多年前德国人奥托发明的内燃机,究其原理而言,不仅可以使用汽油作为燃料,也同样能够使用包括甲醇或者乙醇在内的醇类燃料工作。与甲醇不同,俗称酒精的乙醇,往往通过生物原料,譬如玉米等农作物来生产。

  作为汽车燃料的甲醇,分子中含有1个碳、4个氢和1个氧原子。相比普通汽油的燃烧特性而言,具有辛烷值高、自身含氧比例高等优点。

  辛烷值越高,燃料在内燃机中的燃烧过程就越稳定可控,有利于提升汽车的功率输出,因此近来国际上仍有专攻赛车发动机的工程团队在探索甲醇燃料的应用。燃料自身含氧比例越高,则意味着燃烧过程需要通入的空气量越少,因此形成的空气污染物中氮氧化物就越少,这是甲醇燃料在环保方面的主要优势之一。

  而甲醇常常为人诟病的缺点,则包括其本身具有的毒性和腐蚀性,以及燃烧产物中的甲醛可能对人体健康造成负面影响等。从理论上讲,虽然这些问题能够通过技术手段予以克服,但依然会拉低甲醇燃料和甲醇汽车对于普通消费者、政府部门和汽车厂商的吸引力。甲醇汽车在欧美国家的起伏兴衰,皆源自于这些优点或劣势。

  具体说来,用于汽车的甲醇燃料根据其中甲醇与汽油或者柴油的掺杂比例,既有标号为M100的纯甲醇燃料,也有甲醇含量占85%、汽油含量15%的M85,国际范围内应用相对较多的还有甲醇含量为15%的M15,以及仅掺入不超过3%甲醇的汽油。

  不同国家在过去几十年中曾经推广和应用的甲醇燃料的具体类型不同,相应的储存、运输和汽车发动机技术也有所区别。因此,回顾这段历史,并且谈论甲醇汽车在世界各地的现状时,不能一概而论。

甲醇汽车研究热

  上世纪70年代,世界石油危机爆发,一些不愿受制于海湾地区产油国的欧美发达国家先后开始了替代燃料汽车的研发和应用推广。甲醇汽车也在这一背景下得到重视和发展。

  北欧国家瑞典是欧洲地区推动甲醇汽车最为积极和突出的国家。自1975年起,该国便开始组织针对甲醇燃料和甲醇汽车的研究工作,并且在1976年作为东道主举办了第一届国际醇类燃料会议,推动包括甲醇和乙醇在内的替代燃料国际交流。

  当时,在其首都斯德哥尔摩以南的尼奈斯海姆,一支用于测试和示范运营的车队主要使用含有15%甲醇的M15燃料。与此同时,也有一些来自美国福特公司和德国大众公司的轿车在瑞典使用M100即纯甲醇燃料运行。

  该示范项目的报告于1984年正式发表。尽管有研究证明,可以使用在北欧资源丰富的木材来制取甲醇,但出于成本考虑,煤炭仍是当时合成甲醇的主要来源。

  而在大洋另一侧,加利福尼亚州作为美国经济发达但同时又深受环境污染困扰的地区,始终在推动清洁能源汽车方面扮演着先锋的角色。

  自1978年起,加州开展了长达20多年的甲醇汽车试点项目。当时参与加州示范项目的汽车制造商主要是福特和大众两家公司,加州政府从这两家企业采购一定数量的汽车产品示范运行。但在项目初始阶段,地域相对广阔的加州只有10座可以提供甲醇燃料的加油站,极大地限制了甲醇汽车的推广。

  为了应对这一基础设施方面的制约,上世纪80年代,福特公司的研发负责人之一罗贝塔·尼科斯提出了所谓灵活燃料汽车的解决方案。该公司研制的第一款灵活燃料汽车,是基于其既有的金牛座中级轿车平台改造而来,既可以使用M85甲醇燃料,也可以使用普通的汽油,如此便解决了车辆运行地域范围受限的问题。随后,美国另外两大本土汽车公司通用和克莱斯勒也相继推出了这种灵活燃料汽车。

  这种灵活燃料汽车的另一项优势,是解决了纯甲醇燃料在低温时汽化条件不佳,不易冷启动的问题。它在低温启动时首先使用汽油驱动发动机,待温度上升到正常工作状态后,再切换到使用甲醇燃料。此时,推动甲醇汽车的主要动机已经由应对石油危机转变为改善空气质量。

  1988年,加州政府开始建立甲醇燃料储备,并与美孚、壳牌等石油公司签署了为期10年的加油站租赁协议,以扩大可以提供甲醇燃料的基础设施数量和范围。

  也是在1988年,在美国的国家层面,来自西弗吉尼亚州的参议员洛克菲勒和来自南达科他州的参议员达什勒联手推动《车用替代燃料法案》,将甲醇也纳入替代燃料之列,其背后的政治原因是希望扩大对西弗吉尼亚州煤炭资源以及对南达科他州畜牧业资源的利用。

  同年,时任美国总统里根正式签署了这一法案。随即美国环保署也批准了可以将甲醇用作汽车燃料。

  1年后,新当选的美国总统老布什签署了《清洁空气修正案》,1992年他又签署了《能源政策法案》,这一系列国家层面的法案中,对于使用替代能源的车辆予以税收减免,并且要求政府部门带头使用甲醇汽车。老布什总统宣称,计划到1996年将有50万辆甲醇汽车投入使用,至1998年这个数字还将再翻一番至100万辆。

由热转冷的背后

  进入上世纪80年代后,油价开始迅速回落。截至1986年,低廉的油价使得瑞典对于甲醇汽车的热情迅速减退,示范项目也戛然而止。

  而在美国,由于政府层面尤其是加州政府的积极推动,甲醇汽车的推广应用持续到了世纪之交。在接近上世纪末的鼎盛时期,加州的道路上曾经运行着约1.5万辆使用甲醇的乘用车以及数百辆卡车和客车。全美范围内,曾经有多达2.1万辆甲醇汽车同时行驶在路面上,甲醇加油站则超过100座。但这一数字对比老布什总统雄心勃勃的计划仍然相去甚远。

  加州政府在2004年最终放弃了甲醇汽车的推广计划,而全美范围内的甲醇汽车也迅速萎缩直至消失。其背后的原因是多方面的。

  首先,石油公司对于推广甲醇燃料并不积极,因为这显然会侵蚀到他们自身的经济利益。所以,在加州政府与各大石油公司关于加油站的租赁协议到期后,原本能够提供甲醇燃料的加油站又都纷纷改回至传统加油站。

  其次,应用甲醇燃料能够提高辛烷值、减少汽车尾气中有害物质排放等方面的优势,在上世纪90年代起被一种称为甲基叔丁基醚(MTBE)的汽油添加剂迅速取代。同时,在汽油中应用MTBE还能规避冷启动不易等甲醇汽车的固有短板。由于甲醇是合成MTBE的重要原料,因此原料企业的产能也随即转向了MTBE的生产。

  然而,随着MTBE的大规模生产及应用,多个国家又逐渐认识到了MTBE的毒性所带来的潜在危害。美国已检出MTBE在地下水中的渗入情况,即使很低的浓度也可导致水体恶臭,而且美国环保署已将MTBE列为可能的致癌物质。2004年起,加州率先禁止了MTBE的使用,其他各州纷纷效仿,截至2006年,美国已有25个州禁用了MTBE。这对于甲醇产品最终应用于汽车又造成了进一步打击。

  此外,放眼上世纪90年代,掺入10%乙醇的汽油推广应用得更为顺利,而且作为农业大国的美国,发展乙醇汽油也能给玉米种植业带来实实在在的好处。而通过煤炭或者天然气制取的甲醇,仍然是来自于不可再生的矿产资源。

  与此同时,氢气作为另外一种替代能源也在这一时期逐渐走入了汽车制造商的视野,不同企业分别研究和探索氢燃料电池或者将氢气作为燃料应用于内燃机。锂电池汽车也在本世纪初起步,经过十几年的发展,特别是中国市场的大规模推广应用,早已跨过了年产销量百万的门槛。多种技术路线的竞争之下,甲醇汽车似乎已淡出了大多数人的视野。

  然而,上述种种情况和原因,并不意味着甲醇已彻底退出了汽车燃料的应用。2018年,意大利能源公司埃尼和汽车企业菲亚特开始尝试应用名为A20的醇类燃料——在汽油中加入15%的乙醇和5%的甲醇。丹麦的Serenergy公司将甲醇燃料电池用作电动汽车的增程器。与此类似,接受了中国初创造车公司爱驰汽车投资的德国RG公司,也于2018年推出了一款甲醇燃料电池跑车。

  在中国,近年来甲醇产能增速加快,甲醇腐蚀等技术问题也已得到解决。从某种程度上讲,甲醇汽车的推广应用关系到中国的能源战略多样化、能源安全以及环境保护。

  目前,区域性推广正稳步进行。继晋中、宝鸡、兰州、上海和贵阳等地之后,甲醇出租车于2018年底在西安首次投运。西安在推广甲醇汽车方面也出台了很多优惠政策,例如停车不收费、行驶不限行、购车得补贴等。截至2019年3月15日,西安市已有3642辆甲醇出租车正式营运。

来源:2019年6月12日出版的《环球》杂志 第12期

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