替代燃料：如何替代石油依賴

信息來源：本站 發布時間：2012-09-19

 全球經濟危機的陰霾揮之不去，國際油價跌宕起伏，由此引發的環境問題和能源安全問題讓人堪憂。在此背景下，各個國家紛紛把注意力投向了減少化石能源消耗、發展替代能源上，加快了發展替代燃料的步伐。

 早在1994年，諾貝爾化學獎獲得者、南加州大學George A. Olah教授就說：“世界人口在不斷增加，日益增加的能耗和有限的不可再生的化石燃料資源的日趨減少不可避免地會產生矛盾。在21世紀，我們必須拿出新的解決方案來維持工業化國家已達到的水平和不發達國家要努力達到的水平。”

 替代燃料作為石油替代品和可再生資源正是各國關注的一種新的解決方案。它清潔可靠、價格實惠，如果能夠得到充分的發展，廣泛應用于交通運輸領域，將會大大減輕油價帶來的壓力，也對環境的優化起到積極作用。

 降低對石油的依賴，實現人類的可持續發展，替代燃料無疑是一種極為現實的選擇。但需要理性思考的是，限于國情和發展的歷史階段性，這種替代之路注定不可能一蹴而就。

 9月10日晚，家住廣東省廣州市的李先生連夜趕往附近的加油站排隊。他要趕在零點之前把自家的油箱填滿。面對年內油價的第四次上調，李先生已經習慣了，只是連夜排隊仍讓他覺得疲憊不堪。

 不只是李先生，受油價影響至深的能源行業在幾番動蕩之后，也顯得有些疲憊。

 是油氣行業生病了嗎？為什么油價對我們影響這么大？

 這是因為我們罹患了嚴重的石油依賴癥。

 經濟與石油

 1859年8月，當美國賓夕法尼亞州的工人在烈日下肆意揮灑汗水時，誰也不會想到，打出來的這口油井開啟了一個全新的時代，宣告了現代石油工業的誕生。從此，人類進入了石油時代。

 但是，人類也逐步進入了極度依賴石油的時代。如今，石油已不僅僅是能源，更是與人類命運緊密相連的“血液”。我們吃的、穿的、用的都與石油息息相關。運輸更不用說，地上跑的、海里游的、天上飛的，哪一個能離開石油呢？“全球化”如果沒有石油支撐將不可想象。

 而隨著人類社會的發展，經濟發展所需，對石油的依賴更是有增無減。IEA對石油未來需求做出兩項預測，一是全球石油需求將從2010年的每天8700萬桶增加至2035年的每天9900萬桶；二是全球用于購買石油的成本將不斷攀升。

 可石油的蘊藏量并不是無限的，容易開采和利用的儲量已經不多，剩余儲量的開發難度越來越大。2004年，英國石油公司(BP)首席執行官約翰·布朗就預測說，世界石油儲量只夠用40年。我們無法想象，在對石油如此強烈的依賴下，如何在石油枯竭的世界里生存。而且，石油在各個地區的分布很不均勻，這也成為各個國家能源合作和矛盾的導火索。

 我國在改革開放后，能源需求與消費激增。然而，我國能源資源一個重要特點是“多煤缺油少氣”，是世界上唯一以煤為主的能源消費大國。如何掌握保障石油的穩定供應，構建能源安全，已經成為國家發展戰略的重中之重。而能源資源結構短期內難以改變，人口增加和經濟發展仍會持續，必將不斷擴大能源需求。再加上我國的石油產量不足以滿足日益增加的石油需求，為此，對石油進口的依賴仍會不斷加劇。IEA提供的數據表明，中國從2005年的39.6%爬升至2011年的56.5%。中國科學院能源與環境政策研究中心預測，2020年我國石油需求將達到5.7億~6.2億噸，凈進口量還將繼續增加，石油對外依存度將達到65%~70%。據IEA估計，到2035年，我國85%所消費的原油和50%的天然氣都要依賴進口。

 對石油的依賴還有不斷上升的風險。美國能源安全理事會高級顧問Gal Luft說，中國機動車增長率很快，很快會超過美國，但中國人均機動車擁有量還很低，將來還有石油進口的巨大潛在需求。

 “我們的石油消費量是直線上升的，年平均增速是11%，但自身產量卻非常有限，產量增速只有2%，本土供給缺口越來越大。”中國科學院能源與環境政策研究中心主任范英表示，目前我國石油探明儲量非常穩定，儲量只夠我國消費10年。

 石油對外依賴給我國經濟運行帶來不可確定的風險。雖然在2000年之后，我國加快了對海外石油資源開發的投資速度，但是從目前看，我國獲取海外石油主要集中在中東、北非等政局動蕩的地區。

 如此看來，愈發強烈的石油依賴癥極大地威脅我國的能源安全。

 替代與時間

 了解了病狀，就要下手治療。

 解決石油依賴該從哪里下手？全國政協常委、經濟委員會副主任,國家發改委原副主任、國家能源局原局長張國寶提議“加快石油替代產業的研究和部署，減少石油在交通運輸上的使用”。

 之所以要從交通運輸領域下手，是因為這個領域是名副其實的“用油大戶”。目前世界汽車保有量約8億輛，預計到2020年全球汽車保有量將達到12億輛。IEA的統計數據表明，2001年全球57%的石油消費在交通領域，預計到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。如果這個領域對石油依賴有所減輕，那么石油依賴的“病情”將會得到控制。

 這樣一來，就需要我們積極尋找和發展替代燃料。

 如今，碳基燃料在交通領域占據統治性的地位，要想解決石油依賴，我們就要把碳基燃料在此領域拉下“神壇”。

 Gal Luft說，我們要努力做的就是把石油“變”成像鹽一樣的貨品。古時候，鹽跟石油一樣，價格高昂，因為它是保存食物的唯一方式，在防腐界占據壟斷地位。但是自從冰箱和其它保鮮技術出現后，鹽不再是那么高高在上的貨品，人們對它也不像以前那么依賴了。石油也應如此。要想降低對石油的依賴，就應該尋找各種有競爭力的替代者和促進技術的更新。

 美國全球安全分析研究所所長Anne Korin建議，必須打開燃料市場，產生燃料競爭。她打了一個這樣的比方，好比你每天早上必須得喝一杯咖啡才能進入狀態，咖啡太苦你喝不下去，此時只有牛奶作為咖啡的調味劑。這樣一來，無論牛奶是漲到6美元一罐還是60美元一罐，你都得買，因為你沒有其他選擇。如果有其它更便宜更實惠的替代品，如豆奶，你的選擇余地就大了，也不必受牛奶的限制。燃料市場也一樣，我們現在被油價牽著鼻子走，只因為現在石油是我們交通工具唯一的燃料，如果能有替代燃料與之競爭，那么消費者就可以根據實際情況，選擇適合的燃料。Anne Korin還認為，發展靈活燃料汽車也會是打破碳基燃料壟斷的一個有效的辦法。

 對于降低石油依賴度，中國社會科學院世界經濟與政治研究所研究員沈驥如認為，從長遠來說，就是要發展不使用汽油、柴油的交通工具，如電動汽車。但這需要一個相當長的過渡期。在這個過渡期內，我們離不開石油燃料。

 現實與未來

 發展替代燃料，我們并不是一窮二白，從頭摸索起的。在這個領域，國內外已經有了一些成功的經驗，可供借鑒。

 巴西用甘蔗開發乙醇汽油在國際上一直備受關注。作為世界上最大的甘蔗種植國，巴西每年甘蔗產量的一半用來生產白糖，另一半用來生產乙醇，代替汽油作為機動車的燃料。

 巴西1975年啟動乙醇燃料發展計劃，政府通過補貼、設置配額、統購乙醇燃料、調整價格以及行政干預等手段，鼓勵民眾使用乙醇燃料，并幫助企業從世界銀行等國際金融機構獲取貸款。政府還要求在人口超過1500人的城鎮中，加油站必須安裝乙醇加油泵。汽油中添加乙醇燃料的比例也以法律形式確定。

 在政府扶持下，巴西石油公司、圣保羅州蔗糖技術中心等機構一直在開展致力于提高乙醇生產效率的項目，包括研究各種甘蔗的基因及萃取技術。20世紀80年代中期，乙醇燃料的利用在巴西達到一個高峰。當時巴西每年生產的80萬輛汽車中，四分之三以上使用乙醇燃料發動機。

 其后10余年里，由于巴西國內政治環境發生變化，國際市場上石油價格下跌，巴西國內乙醇燃料供應量急劇萎縮，但一些有遠見的巴西企業和機構從未停止對替代能源的研發工作。進入21世紀后，巴西乙醇的生產效率翻了三番，生產成本從每升0.6美元降至0.2美元左右，加上國際油價走高，乙醇燃料在巴西的再度推廣上變得可行。

 2003年，大眾汽車(巴西)公司推出了首款“靈活燃料”汽車，可同時使用乙醇燃料和汽油，大獲成功。包括通用和福特在內的其他汽車生產商也如法炮制。巴西政府還規定購買“靈活燃料”汽車可以減稅，以充抵“靈活燃料”汽車因安裝用于識別乙醇和汽油配比裝置而增加的成本。目前，巴西銷售的新車一半以上是這種汽車，而且巴西的乙醇燃料在價格上已具有競爭性。這大大減少了國際油價對巴西的束縛，有效保障了能源安全。

 我國在甲醇燃料的研究領域，也有不俗的成績。我國對甲醇燃料的研究已有20多年的時間。甲醇燃料來源于煤、天然氣、焦爐氣、煤層氣，其中，煤是甲醇的第一主原料。作為煤炭資源大省，山西具有低成本生產燃料甲醇得天獨厚的資源優勢。此外，山西省機動車已超過100萬輛，是汽車運輸大省。發展甲醇這樣的替代能源，不僅可以促進全省經濟發展，也能與產業結構調整相契合，緩解油品緊缺給山西經濟發展帶來的壓力。更重要的是，甲醇燃料的清潔環保功能將使得山西這一環境污染大省從中大大獲益。因此，在國家主導下，山西率先進入燃料甲醇與甲醇汽車研發領域。這一次，山西走在了燃油革命的前沿。

 其實，早在1982年，山西就前瞻性地注意到了甲醇燃料和甲醇汽車獨特的經濟、環保價值，并決定將其作為實現煤炭綜合利用的一種方向。1983年，山西開始在載貨車上摻燒M15(甲醇與汽油的比例為15∶85)的甲醇汽油示范項目。1996年，山西省與美國福特汽車公司在靈活燃料汽車合作項目上達成了意向，福特汽車公司曾贈給山西一臺靈活燃料發動機。利用這臺發動機，三晉人制造了中國第一輛甲醇型靈活燃料汽車，并起了個響亮的名字——“中國一號”。這輛動力、環保等性能優異的汽車，吹響了山西大規模研究、開發利用甲醇汽油的號角。1997年，山西省建立了潔凈燃料汽車示范車隊，共有55輛甲醇中巴車。2002年，太原、陽泉、臨汾、晉城4個市開始推廣甲醇汽油。2004年下半年，甲醇汽油的推廣范圍擴大到全省11個地級市。2007年年底，全省共有260輛中巴汽車參與甲醇汽油使用的示范工作，全省累計銷售甲醇汽油50余萬噸，使用過甲醇汽油的車輛已有4000萬車次。山西，這一在國內第一家研發成功較好的替代能源和清潔能源——甲醇汽油的省份，就這樣引領甲醇燃料領域走過了風風雨雨20多個春秋。

 朗朗晴空不是夢，碧波萬里在眼前。替代燃料的種類很多，前景十分廣闊，讓我們期待它、關注它，讓它成為緩解石油依賴的一劑良藥讓它成為低碳經濟的催化劑、能源安全的維護者。

 我國車用替代燃料發展狀況與前景

 近年來，傳統能源供應趨緊、溫室氣體減排壓力不斷增大，發展替代能源已成為世界共識。大力發展替代能源、改善能源結構已成為保障我國能源安全的必然選擇。特別是交通部門在今后是能源需求增長最快的領域之一，發展車用替代燃料是推進能源替代工程的重要組成部分。

 我國車用替代燃料發展狀況

 (1)天然氣汽車進入快速發展期。截至2007年年底，全國已有30個省(市、自治區)的80多個城市推廣天然氣汽車，建成天然氣站555座，主要集中在氣源地附近。目前，我國已初步建立了完整的天然氣汽車產業鏈，2007年全國天然氣汽車產量達到5.7萬輛，尾氣排放已達歐Ⅲ標準。

 (2)煤基合成燃料開發取得進展，但仍然面臨環境威脅和技術瓶頸等制約因素。我國已形成比較成熟的煤制甲醇和二甲醚生產技術，也在部分地區開展了車用甲醇示范工作，已開始了二甲醚車示范運行，但分別由于環境風險和發動機燃料供給儲運技術障礙而難以實現大規模推廣。煤制油技術示范項目建設正在穩步推進。

 (3)新能源汽車開發進展加快，但與實現產業化有一定距離。2008年北京奧運會期間，我國汽車企業和科研機構提供了自主研發的一批電池汽車、混合動力客車/轎車、燃料電池轎車等各種新能源汽車為奧運會服務。但是，目前我國新能源汽車發展還存在著技術成熟度不夠、關鍵零部件配套缺乏、可靠性和生產一致性差、市場導入期的成本較高等障礙，使得新能源汽車距離規模化量產和廣泛使用尚有一定距離。

 我國車用替代燃料發展前景

 總體來看，我國車用替代燃料仍處于早期發展階段，正在政策扶持下推進產業化發展進程，已呈現出發展進程逐步加快、技術路徑多元化、市場份額持續擴大的趨勢。

 (1)多元化發展是我國車用替代燃料開發進程的必然路徑。從資源保障能力上看，目前非常規石油資源、生物質資源、煤炭資源都有規模化開發潛力；從技術角度看，非糧生物質液體燃料、煤基液體燃料、新能源汽車等，都還有待于加快產業化發展、明顯提高和充分展示能源環境效益；從經濟性上看，大多數石油替代能源的生產成本目前既未達到能與常規石油燃料展開大規模競爭的水平，也不具備足夠抵御國際油價寬幅震蕩所導致的市場風險的能力。因此，多元化發展將是我國車用燃料替代戰略進程的必然路徑。

 (2)煤基合成燃料將成為重要替代燃料技術儲備，以保障液體燃料供應安全。在相當長的一段時間里，煤炭將是我國經濟發展所依靠的基礎能源；開發應用煤基替代燃料將是較長一段時間內發展替代燃料的重要技術選項。

 (3)新能源汽車的產業化進程將加快，并率先在公共部門、公交和特殊領域實現應用。在示范車輛和基礎設施的帶動下，我國新能源汽車的產業化和商業化發展進程可望進一步加快。

 主要替代燃料發展現狀

 醇類燃料

 醇類燃料主要是指甲醇和乙醇。醇類燃料的資源比較豐富，可以從各種原料中提取。如甲醇可從天然氣、煤、木材等物質中制取。乙醇可以從玉米、甜菜等農作物中制取。而且醇類燃料具有辛烷值高、汽化潛熱大、熱值較低、著火極限寬等特點。作為車用燃料，醇類燃料自身含氧，在發動機燃燒中可提高氧燃比，CO和HC的排放較汽車和柴油低，幾乎無碳煙排放；另外，由于汽化潛熱大，可降低進氣溫度，提高充氣效率，使最高燃燒溫度低，對NOx的生成有抑制作用。

 甲醇：在我國，煤炭作為制取甲醇燃料的物質之一，其儲藏量非常豐富。因此，這就決定了今后一段時間內我國的能源消費結構仍將以煤為主。所以，立足國內的煤炭資源，以甲醇為替代燃料，彌補石油供應量不足，是非常重要的措施。像我國的山西省沒有油田，而這個地區煤的儲藏量非常大，所以山西省是我國煤制甲醇工業比較發達的地區，也是我國使用甲醇燃料最多的地區。甲醇燃料會產生有毒的醛類，甲醇對人體毒性較大，對金屬有腐蝕作用，對橡膠皮革有溶脹作用，會使塑料提早老化。這些缺點使甲醇在實際應用中受到了較大限制。因此，甲醇改質重整又是燃料電池的一個重要方案。

 乙醇：我國作為農業國家，隨著糧食的豐收，已出現了陳化糧長期庫存積壓的情況，僅玉米庫存就有幾千億斤，尤其黑龍江、吉林、河南等產糧大省庫存積壓量大。因此，以農作物為原料生產乙醇作為替代能源，緩解我國石油緊缺的矛盾，也是非常可行的舉措。2001年我國制定了乙醇燃料發展計劃，確定在黑龍江、吉林和河南三省設立燃料乙醇試點項目，并開始推廣含10%乙醇的車用乙醇汽油的混合燃料。當然，低比例摻醇燃料雖然使用方便，不需對傳統發動機進行改動，但它對緩解我國越來越嚴重的能源不足的壓力所起作用較小。要從根本上解決能源緊缺問題，應研究高比例摻醇汽油，乃至純醇燃料的應用。乙醇燃料以摻燒或純燒方式已成功地用于汽油機上。它在柴油機上的應用要遠遜于汽油機，主要原因是柴油與乙醇不能互溶，摻燒困難。此外，乙醇燃料十六烷值低，在柴油機上需要柴油引燃或點火塞點燃。要對燃燒系統做較大改動。目前，國內外有關機構正在研制幫助乙醇與柴油互溶的助溶劑，生成柴油醇，這樣可以在發動機不做改動或是很少改動的情況下使用柴油醇燃料，滿足發動機經濟性、動力性和環保的要求。柴油醇在發動機上的應用具有很大的潛力。

 天然氣(NG)和液化石油氣(LPG)

 天然氣是各種替代燃料中最早廣泛使用的一種。

 壓縮天然氣汽車：目前國內外發展較快的是壓縮天然氣汽車。壓縮天然氣與汽油兩用燃料汽車是通過對現成汽油車改裝而成，有兩套燃料供給系統，一套為保留的原車供油系統，另一套為增加的壓縮天然氣供給裝置。發動機可分別使用壓縮天然氣和汽油作為燃料，兩種燃料的轉換利用選擇開關實現。由于發動機結構未做改動，當使用天然氣燃料時，往往不能充分發揮其優點，導致汽車功率下降。

 液化天然氣汽車：由于液化天然氣對貯存技術要求較高，使得貯存容器的成本高，這在一定程度上限制了液化天然氣汽車的發展。但由于液化天然氣在貯存能量密度、汽車續駛里程、貯存容器壓力等方面均優于壓縮天然氣，能解決壓縮天然氣汽車所存在的一些問題，所以液化天然氣作為天然氣的使用方式之一，是今后的重點發展方向。

 液化石油氣價格便宜、容易液化、貯存和使用方便，其配套設施如加氣站等的建設費用也比較低。所以液化石油氣作為車用替代燃料，近年來發展較快。我國液化石油氣資源包括油田和石油煉廠兩個方面。油田的液化石油氣是在伴生氣的處理過程中輕烴產品。油田的液化石油氣主要成分是丙烷和丁烷，其內不含烯烴，所以適于直接做車用燃料。石油煉廠的液化石油氣是在石油的催化裂化和延遲焦化煉油過程中產生的，主要成分為丙烷、丁烷和少量烯烴等。石油煉廠的液化石油氣內含有大量的烯烴。烯烴為不飽和烴，燃燒后結膠，積炭嚴重。所以這種產品不適于直接做車用燃料。液化石油氣具有抗爆性能高、排放污染小、能量高、便于攜帶等優點。

 二甲醚

 二甲醚用作汽車能源，來源比較豐富。二甲醚可用天然氣、煤、石油焦炭或生物質為原料制取。目前基本上采用二步法工藝生產，即首先讓天然氣或煤等原料變成合成氣(H2、CO、CO2)，進一步轉變成甲醇，最后經脫水變成二甲醚。二甲醚是一種含氧燃料，無毒性，常溫常壓下為氣態，常溫時可在五個大氣壓下液化。二甲醚的十六烷值大于55，具有優良的壓燃性，非常適合于壓燃式發動機，用作柴油機的替代燃料。國內外相關研究表明燃用二甲醚燃料的發動機，在對原柴油機的燃油系統進行必要改造后，在保持原柴油機高熱效率的前提下，可使氮氧化物有大幅度降低，碳煙排放為零，發動機燃燒噪聲可降低10dB(A)左右，使發動機氮氧化物、微粒、一氧化碳等有害排放具有達到超低排放標準的潛力。這顯示了二甲醚燃料可十分理想地作為潔凈代用燃料，實現柴油機汽車高效率、低噪聲、超低排放的前景。近年來，國外已成功開發了以天然氣為原料產生合成氣，由合成氣一步法高效制備二甲醚的工藝，大大降低了二甲醚的生產成本，為二甲醚的大面積推廣使用打下了堅實的基礎。

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