內燃機替代燃料正在多種壓力的夾縫中尷尬生存并緩慢前行。
尷尬之處在于,面對社會(huì )各界對于內燃機這個(gè)耗能大戶(hù)實(shí)現減排的迫切渴望,內燃機替代燃料的多種技術(shù)路線(xiàn)共同存在并均處于科研及示范階段。截至目前,尚沒(méi)有任何一種燃料可以完全替代石油以驅動(dòng)每天都在飛速增加的內燃機。
也正因如此,導致目前沒(méi)有一種替代燃料可以得到市場(chǎng)和政府的廣泛認同與鼎力支持。這在一定程度上也延緩了該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與突破。
在4月2日中國內燃機工業(yè)協(xié)會(huì )“傳統能源動(dòng)力裝置(內燃機)高效利用替代燃料技術(shù)交流研討會(huì )”上,各種替代燃料的研究者都表示出上述相似的無(wú)奈。
雖然在“醇迷”部長(cháng)何光遠以及相關(guān)部門(mén)、學(xué)者以及產(chǎn)業(yè)界的推動(dòng)下,甲醇似乎已經(jīng)看到了成為中國內燃機替代燃料主力的曙光,但其在生產(chǎn)以及應用領(lǐng)域尚存在進(jìn)一步提升的空間,而且得到市場(chǎng)及用戶(hù)的認可也需時(shí)日。
與此同時(shí),我國對其他清潔、高效的可替代燃料也在進(jìn)行各種積極地探索。
二甲醚尚存難點(diǎn)
目前,代用燃料的研究非常廣泛。所謂代用燃料,是指能夠取代或部分取代當前內燃機傳統燃料(汽油、柴油、煤油)的燃料。就代用燃料種類(lèi)來(lái)說(shuō)可以分為兩類(lèi):一是液體燃料,主要有醇類(lèi)(甲醇、乙醇)、生物柴油等。二是氣體燃料,主要有天然氣、液化石油氣、二甲醚等。就代用燃料的實(shí)際使用來(lái)說(shuō),首先要求內燃機的發(fā)動(dòng)機本身不做大的改動(dòng)即可使用,其次應有足夠的資源,生產(chǎn)、運輸、使用和保管比較安全、方便。此外,不會(huì )因為使用代用燃料而使發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性、經(jīng)濟性、排放性、耐久性有所降低。
其中,二甲醚是重要的技術(shù)路線(xiàn)之一。
4月2日的研討會(huì )上,來(lái)自西安交通大學(xué)教授劉圣華介紹說(shuō),二甲醚(DME)是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,具有優(yōu)良的燃燒性能,清潔、十六烷值高、動(dòng)力性能好、污染少,稍加壓即變?yōu)橐后w,非常適合作為壓燃式發(fā)動(dòng)機的代用能源,使用該燃料的車(chē)輛可達到美國加州的超低排放標準。
有報道稱(chēng),日本NKK公司成功地開(kāi)發(fā)出用劣質(zhì)煤生產(chǎn)二甲醚的設備,并且和住友金屬工業(yè)公司于1998年完成了用二甲醚作為汽車(chē)燃料的試驗,二甲醚汽車(chē)不會(huì )排放黑色氣體污染環(huán)境,產(chǎn)生的氮氧化物比柴油少20%。
由于二甲醚的一些優(yōu)良特性,也被認為是柴油發(fā)動(dòng)機理想的替代燃料之一。據介紹,上海交通大學(xué)、上海汽車(chē)工業(yè)(集團)總公司、上海柴油機股份有限公司和上海焦化廠(chǎng)正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)二甲醚燃料城市公共汽車(chē),目標是計劃建立示范車(chē)隊,推廣二甲醚燃料汽車(chē)。太原理工大學(xué)內燃機研究所試驗表明,二甲醚作為車(chē)用燃料比天然氣和液化氣都要清潔。
劉圣華認為,二甲醚的生產(chǎn)和應用,是我國未來(lái)能源技術(shù)實(shí)現跨越式發(fā)展比較有前途的領(lǐng)域之一。最近5年內我國二甲醚市場(chǎng)需求量將達500~1000萬(wàn)噸,其作為車(chē)用燃料有利于緩解我國柴油供應緊張的局面,市場(chǎng)前景十分廣闊。
縱觀(guān)國內外二甲醚燃料發(fā)動(dòng)機研發(fā)現狀,劉圣華指出,在二甲醚發(fā)動(dòng)機實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題。
首先,二甲醚燃料在常溫、常壓下為氣態(tài),其理化特性與柴油有很大不同,需要研制并優(yōu)化適合二甲醚燃料的發(fā)動(dòng)機燃料供給系統。另外,二甲醚熱值僅為柴油熱值的64.7%,二甲醚液體密度只有柴油密度的78.5%,為了達到原柴油機的動(dòng)力性,以體積計二甲醚供給量約是柴油的1.9倍。
同時(shí),由于二甲醚理化特性引起的發(fā)動(dòng)機燃料噴射和燃燒系統與常規柴油發(fā)動(dòng)機的差異,包括發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣與燃燒系統匹配、增壓與性能匹配等的研究將很大程度影響二甲醚發(fā)動(dòng)機的整機性能。
其次,二甲醚的粘度低(為柴油的1/20),容易使高壓供油系統中二甲醚泄漏,也容易使配件發(fā)生早期磨損。且二甲醚雖然對金屬無(wú)腐蝕,但對普通橡膠、塑料有腐蝕作用。針對二甲醚燃料引起的發(fā)動(dòng)機部件磨損、泄漏及與可靠性相關(guān)的問(wèn)題,發(fā)動(dòng)機有關(guān)系統密封、潤滑和材料相容性及有關(guān)部件的優(yōu)化設計與定型是本研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。
另有與會(huì )專(zhuān)家指出,從現實(shí)的角度講,二甲醚替代柴油的可行性并不完全取決技術(shù)方面,其經(jīng)濟性即價(jià)格也是一個(gè)關(guān)鍵因素。這種經(jīng)濟性受多種因素影響,如原油價(jià)格、煤或天然氣價(jià)格、財稅政策、配套設施等。
生物柴油呼吁“新能源”待遇
那么,生物柴油是否會(huì )異軍突起呢?
清華大學(xué)教授王建昕4月2日在研討會(huì )上表示,生物柴油是繼天然氣和乙醇之后的最有可能大規模應用的車(chē)用替代燃料之一。若要實(shí)現我國2020年替代能源的目標,必須盡早考慮生物柴油的應用。
據他介紹,生物柴油同樣具有十六烷值高、硫含量低、不含芳烴、閃點(diǎn)高、潤滑性好等特性,是較為理想的內燃機替代燃料。
王建昕表示,我國近年來(lái)對生物柴油的發(fā)展做了積極地推動(dòng)。他介紹說(shuō),國家“十一五”863計劃中,《生物柴油汽車(chē)適應性研究》等課題(2007~2008)已經(jīng)完成。國家發(fā)改委計劃,2010年生物柴油年產(chǎn)達到20萬(wàn)噸,2020年達200萬(wàn)噸。同時(shí),生物柴油國家標準(B100)已于2008年5月頒布實(shí)施,混合燃料(BD5)的國家標準將于近期頒布。
近幾年,生物柴油曾經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一次快速膨脹的發(fā)展階段。統計顯示,我國2009年生物柴油的產(chǎn)能已經(jīng)達到150萬(wàn)噸(比2008年略有增長(cháng)),產(chǎn)量為30萬(wàn)噸(與2008年持平)。但自2007年開(kāi)始,我國確定了“不與民爭糧、油”的基本方針,叫停了用食用油生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)路線(xiàn)。
王建昕指出,與美國和歐洲以?xún)?yōu)質(zhì)食油(大豆油、菜籽油)為原料不同,我國目前以劣質(zhì)廢油(榨油油角、廢餐飲油)為主要原料,今后將考慮主要采用用小桐子油(麻風(fēng)樹(shù)果)等野生籽油生產(chǎn)生物柴油。
同時(shí),他介紹說(shuō),中海油與清華大學(xué)合作研究的“車(chē)用生物柴油生產(chǎn)標準和發(fā)動(dòng)機適應性”項目已于2009年11月完成。同時(shí),中海油2010年初已開(kāi)始在海南省全面推廣使用BD5柴油混合燃料。
王建昕坦言,一些研究者認為,生物柴油在燃燒中有可能產(chǎn)生甲醛、苯并芘等幾十種非常規排放物。其中甲醛,苯并芘等許多物質(zhì)為致癌和致畸形物質(zhì),可引起各種慢性疾病和基因突變。但是到目前為止,由于測試困難,生物柴油的非常規排放還缺乏數據,有必要詳細研究。
他最后指出,目前生物柴油的瓶頸問(wèn)題是資源不足,價(jià)格太高。但他表示,不能因此“畏縮不前”,應積極采取“開(kāi)源”(充分利用地溝油、廢油脂,種植野生植物、轉基因作物),和“鼓勵”(生物柴油免稅或優(yōu)惠)措施,給予生物柴油“新能源”待遇。
對生物柴油非常規排放的初步測試表明,絕大多數非常規排放物的濃度很低,不會(huì )構成危害;其中甲醛、乙醛、甲苯等均低于柴油的排放水平。
王建昕呼吁在目前資源不足的情況下,也應積極進(jìn)行局部地區的“示范運行”,積累經(jīng)驗;一旦資源和國際市場(chǎng)出現機遇時(shí),可立即大規模推廣應用。
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