21世纪的汽车清洁燃料

2005年(第34卷)第5期 工业科技 世纪的汽车清洁燃料 李 薇 (兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060) 摘要：进入 21世纪，随着能源问和环境 问题的日趋严重， 开发和利用新型清洁燃料成 为一 个重要课题 。介 绍了气态烃 、醇 类、生物 柴油、合成 燃料 、氢、二 甲醚 、燃 料电池等 目前正在 开发的 清洁燃料 ，并对其研 究发展状况进行探 讨。 关键词 ：清洁燃料 气态烃 醇类 二 甲醚 燃料电池 在汽车 的 110年发展 史 ，一直以汽油和柴 油为燃料 ，』L主 要来 自石油 ，石油是不可再生的资源，没有 了石油 ，汽_午刷什 么燃 料 ?进入 21世纪 ，环境保护越来越受到人们的天注 ，为了减少环 境 污染 ，对 汽油和柴 油的质 要求更加严格 ，这使J 产成本进 一 步提 高。这一 切都 为_J(他清 洁车用燃 料提供 了广 阔的发 空 间 。 目前开发 的清洁车用燃料有气态烃 、醇类 、合成燃料 、生物柴 油 、氢、燃料 电池 、二甲醚等。 气 态烃燃料 包括压缩 天然气 (CNG)、液化 天然气 (LNG)和 液 化石油气 (LPG)，CNG和 LNG 的主要成 分足 甲烷 ，含 量为 85％"-92％，其余 大部分足 乙烷 ，LPG的主要成 分足丙烷。气态烃资 源丰富 ，辛 烷值高 ，CNG 和 LPG 是较好的代川燃料 ，LNG不易 使用，因为需要高压和低温才能将天然气 液化。 醇燃料包括 甲醇和乙醇两种车用燃料 ， 醇 以天然气或煤为 原料 ，先 制取合 成气 ，再制备甲醇 ，或合成氨联产 甲醇 。乙醇通过 植物发酵法制备。 生物柴油是 以动 物或植物油脂为原料，通过 化学 法『1(j转酯化 反应或生物酶法合成柴油。 合成燃料一种是先 制取合成气 ，再经费一托反应 制取 液体燃 料 ；另一种是将煤直接液化制取燃料。 氢是清 洁燃料 ，可直接用 于氢气 发动机 ，也可作为燃料 电池 的燃料。近期氢气来源以矿物燃料转 化为 丰，电解水制氢技术成 熟 ，但成本较 高。如果模拟植物光合作用分解水放出氢和氧扶得 成功 ，就能得到丰富 的氢源。 燃料 电池是一种将 化学 能直接转化为 电能的新型 电化学 能 量转化装置。与传 统的电池不 同，燃料 电池不需要 充电，只_耍： 燃 料(如氢气 、天然气 或甲醇等 )直接送人燃料 电池系统 就能源源 小 断地将燃 料的化学 能直接转变成 电能。它具有能量转化效牢高 、 污染 排放 少、模块式结构 、适应性强等特点。 二甲醚是 目前 世界普遍看好 的未来超清洁燃料 ，以天然气 和 煤 为原料 合成 制取 。 目前 ，清洁燃料的普遍 问题是生产成本高 ，例如 ，以等热值 为 基 准进行 比较 ，甲醇 的成本足汽油的 3倍 ，乙醇接近 3倍 ， 费一托合 成燃料 的成本是原油的 4倍 ，生物柴油 的生产成本约 为 柴 油的 3倍 ，二 醚 的生 产成 本约是 柴油的 2．j倍。燃料电池 因 为其 阳极需用 贵金属 (通常为铂 )涂膜 ，成本更高 。在加拿大进行 的示范试验表 明 ，使用燃料 电池 的公共汽车 制造成本为 12O万 元 ，而使用柴油机 的公共 汽车仅 为 27．j万元。虽然如此 ，但随着 汽油 和柴油清洁质量 的进 一步提 高 ，其生产成本也将 进一步提 高 ，新型燃 料还是有 广阔的发展空间 。 各 种汽车清洁燃料 ，CNG和 LPG足最容易投入使刷 的 燃料 ，天然气是 世界上公认 的清洁燃料 ，推广应川 大然气汽 午足 降低汽车发动机排放 、改善能源利用结构和缓解石油短缺的有效 措施之一 。我 国从美国康明斯公司引进 fl'j燃 气发动机 ，用于城 I1 公交车 ，取得 了 良好 的环保效 果。据统计 ，目前我国已拥有 天然气 汽车和液化 石油气汽车 12000辆 ，加气 站 100余 座 ，而且 近段 时 间 的增长势头迅猛。醇燃料技术 比较成熟，是受到人们 关注的清 洁燃料。乙醇足醇类燃料的重要产品之一 ，还可作 为含氧化合物 加入到汽油中。出于农产品利用和环境保护的需要 ，世界上有些 困家制定以乙醇燃料作为主要车用燃 料的能源政策 。巴西足世界 最大的 乙醇生产 国，也是车用 乙醇最多 的闭家．主要 原料 是甘 蔗。 美 足第二大乙醇生产国，主要 原料是 =Ii米 。我国为 了使 相对过 剩 的粮食 (如仓库陈粮 )有效地转化 ，推 动农业产业化 ，促进 可再 生能源 的利用 ，建设 了河南 3O万 t／a燃料 乙醇 (以小麦 、薯 干为 原料)，吉林 60万 t／a乙醇燃料 (以玉料为 原料 )，黑龙 江 10万 t／a 乙醇燃料 ，安徽 3O万 t／a乙醇燃料 等能源项 目。 下一代汽车使用 混合动力系统 ，即柴油机加 电池供 电电动 机 ，费一托合成柴 油、二甲醚和生物柴 油是 受到重视 的代用柴 油。 生物柴油不受矿石原料资源限制，是利用再生资源的环境友好技 术 ；二甲醚 、甲醇和合成燃料均 以煤和 天然气 为原料 ，在世 界能源 消费结构从石油转 向天然气 和煤 的过 程中 ，其将扮演重要 角色。 鉴于我 国缺油 、富煤的 国情 ，二 甲醚 和甲醇的生产 和应 用在 国 内 得到很大重视 ，我国在云南 、陕西 、内蒙 占等地 兴建 了以天然气 、 煤为原料生产 甲醇 、二甲醚的建设项 目。 氢气被看作足连接 当今 矿物燃料与将来 可再 生能源之 间的 桥梁，目前首先要解决其来源的问题 ，其 次足储 存和输送问题 ，合 、经济的解决这些问题，需要一个较长的过程。现阶段氢气作为 能源 主要限于燃料电池。 燃料 电池不经过燃烧而通过 电化学反应 直接 获得电能 ，是一 种高效率 ，低 噪音 ，低污染的发 电系统 ，是 目前技术能够达 到的最 好 的车用能源 ，它将 取代 内燃机成 为新一代汽车 动力 ，具有 良好 的应用前景 。日本 2002年联合儿大汽车厂商启动 了为期 三年的 JHFC 示范性项 目，以期对氢能基础设施 、燃料 电池 车等进行 全面 的测 试和评估 ；欧盟第 2、3、4、5研 发框架 ，从 2003年起 ，在 3年 内将投资 2．5亿一3亿欧元 ，用于欧洲综 合氢能开 发及燃 料电池汽 车研究。2003年 11月在美国召开十五 国和欧盟部长级 会议 ，签 署 了具有历史意义的旨在促进全球氢能经济 n(j合作框 架 ，参加 国 必须承诺 ：在燃料电池方面有持 续的高投入 ，我 已参与该 。 从 目前的研究现状看 ，直接 甲醇燃料 电池(DMFC)更易于作为便 携燃 料电浊而得到广泛应用 ，如作 电动 自行车 电源 、移 动电话 和 笔记本电脑一乜源等。在近 5到 1O年 中，将燃 料电池大 量应用 于电 动汽车是困难的，要达到规模 化应用还应 在高技术化和低成本 化 方面做更多的工作 。 作为二十一世 纪的汽车清洁能源 ，能有效地解决资源 紧张 和 环境保护问题，并且对国民经济的持续、快速、健康地发展具有非 常重大的意义 ，是一项 可持 续发展 的战略 日标 。 参考文献 ： 【i】劭川．几种清洁能源在汽车上的应用前景【J】．建设科技．200I．(1)． 1 ‘ 【2】冯元琦．醇燃料受到清洁能源市场的青睐【J】．甲醛与甲醇，200 3． (3)．1 3． 【3】夏定国．赵煜娟等．燃料电池进展及产业化对策【J】．产业透视．2004． (1)．] 【4】黎汉生，王金福．二甲醚应用研究的现状与展望【J】．石油化工，2003．32 (4)：343． 维普资讯 http://www.cqvip.com