国外甲醇汽油的发展与启示

国外甲醇汽油的发展与启示2011-1-27摘要：国外甲醇汽油的发展主要经历了研究开发、示范推广、衰退3个阶段。由于20世纪70年代两次石油危机，德国、瑞典、美国等先后开展了甲醇替代能源的研究。20世纪80年代，在改善大气环境质量的推动下，甲醇被列为清洁燃料，得到了进一步的示范推广。但20世纪80年代末以后，在欧洲甲醇汽油逐步被乙醇汽油取代。1998年后，美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料也都开始减少。人们不愿意接受甲醇汽油的根本原因是其暴露出的诸多缺点，包括：甲醇有毒，易造成人员伤害，严重时可导致失明甚至致命；腐蚀性强，短时间难以察觉，缩短汽车使用寿命；热值只有汽油的一半，限制了车辆的行驶距离；甲醇汽油冬季冷启动困难，而夏季又易发生“气阻”现象；甲醇汽车尾气中甲醛等非常规排放远高于普通汽油，而甲醛为强致癌物质。同时经济上失去竞争力也加速了甲醇汽油的衰退。根据对国外甲醇汽油发展过程的调查和分析研究，建议中国应禁止使用甲醇汽油；即使要强行使用甲醇汽油，也应做好各方面的充分准备。实际上，在中国推行甲醇汽油，最终受益的将是中东和新西兰甲醇生产商，而非中国甲醇行业。关键词：甲醇汽油，衰退，替代能源，乙醇汽油，腐蚀性，冷启动，甲醛1前言甲醇是一种可以清洁燃烧的液态燃料，其原料通常为天然气、煤或生物质。国外甲醇汽油开发及应用始于20世纪70年代的第二次石油危机。从替代能源的角度考虑，德、美、日等国先后投入人力物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发，但后来由于种种原因，甲醇汽油并未得到广泛的实际应用。2国外甲醇汽油发展概述国外甲醇汽油的发展主要经历了研究开发、示范推广、衰退3个阶段。2.1研究开发阶段由于“石油危机”，许多国家为了能源安全，积极寻找替代石油的能源。醇燃料作为液体燃料，其储运、分销、使用方式都与传统的汽油和柴油差不多，而且甲醇原料资源丰富、燃烧清洁，因而受到国际社会的重视。德国、瑞典、美国等先后开展了甲醇替代能源的研究。如从1975年开始，瑞典组织诸多项目对甲醇燃料生产工艺及甲醇燃料汽车进行研究。1976年，在瑞典召开了第一次国际醇燃料会议（ISAF），推动醇燃料（主要是甲醇和乙醇）发展。德国政府在20世纪70年代末80年代初，曾组织1000多辆车参加的M15车队，跨越北欧国境做大规模研究和示范。2.2示范推广阶段20世纪80年代，虽然石油价格回落，但全球对大气质量要求提高。研究发现，醇燃料不仅可替代石油，而且使用醇燃料的汽车尾气常规排放比汽油和柴油车都更低，对环境更有利。在改善大气环境质量的推动下，甲醇被列为清洁燃料，得到了进一步的示范推广。瑞典从1980年开始以M15大规模引入甲醇替代燃料，并计划10年内使甲醇替代量达到汽油和柴油消费量的10%。为了鼓励发展替代燃料，改善大气环境，美国国会在5年间通过了3个立法法案：1988年，里根总统签署了《替代车用燃料法案》；1990年，老布什总统签署了《清洁空气法修正案》；1992年签署了《能源政策法案》[1]。其主要内容是：对生产清洁替代燃料汽车和使用替代燃料给予减免税收的优惠政策；要求各城市实施净化城市环境项目；政府部门带头使用甲醇汽车。这些法案都从政策上和经费上促进了甲醇燃料的发展。美国加州能源委员会在1978-1998午的20年间开展加州甲醇汽车示范项目。这是世界上最大的甲醇汽车示范项目，曾对18种甲醇汽车进行示范，20世纪70年代末开始试验专用的甲醇汽车，但遇到加油站太少、不能推广的问题。到了80年代，转向发展既可烧M85甲醇又可烧汽油的灵活燃料汽车（FFV），以解决过境加油、冷启动和甲醇火焰五色等问题。从20世纪80年代中到90年代末，加州共有15000辆甲醇汽车及几百辆甲醇公共汽车和校车。当时，欧、美、亚洲汽车厂生产的甲醇FFV车主要使用并不昂贵的现成汽车零部件进行组装，增设了甲醇燃料传感器、甲醇燃料泵、喷嘴等部件，并更换了燃料系统的部分材料。当时市场供应4种专门生产的FFV：福特Taurus（1993-1998年型）、克莱斯勒道奇Spirit/PlymouthAcclaim（1993-1994年型）、克莱斯勒Concorde/Intrepid（1994-1995年型）以及通用Lumina（1991-1993年型）。这些车辆增加的成本由政府承担，不增加消费者额外负担，福特的Taurus甲醇车甚至比同型汽油车还便宜345美元。到1996年，福特Taurus汽车成为美国唯一在汽车生产线上大量生产的甲醇汽车。1988年，美国加州能源委员会建立了加州甲醇燃料储备，并和阿莫科、埃克森、美孚、壳牌等石油公司订立了为期10年的租借协议，建立了甲醇地下储罐和60座甲醇加油站，同时协助建立了45座便于私人车辆加油的甲醇加油站。从20世纪80年代中期到90年代中期，除了加州以外，美国还有15个州建立了甲醇加油站。自1987年第一辆商业运营的M85汽车投产以后，到1997年达到高峰，美国运营的甲醇车辆达到2.1×104辆，建设甲醇加油站100多座。2.3衰退阶段在德国、瑞典等欧洲国家，甲醇汽油应用最初是以M15推广，但20世纪80年代末以后，甲醇汽油逐步被乙醇汽油取代。1998年后，美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料也都开始减少。一方面，10年租借期满后，石油公司所属甲醇加油站绝大部分都转回加汽油。没有了加油站的支持，甲醇汽车没有地方加油，FFV汽车都改为加汽油。另一方面，之前投入市场的甲醇示范车辆逐步被淘汰，到2003年，M85汽车几乎完全退出了市场，而各大汽车制造商也不再继续研究和生产甲醇燃料汽车。美国三大汽车公司——通用、福特、克莱斯勒甚至在其用户手册上公开声明：使用甲醇汽油的车辆发生损害不在汽车的保修范围之内。2008年8月29日，加州空气资源委员会制定的加州新配方汽油法规生效，排在新配方汽油中禁止加入的含氧化合物清单中第一位的就是甲醇[2]。1998年以后，美国甲醇工业发生了很大变化。当时美国有18家甲醇厂，年产甲醇20×108gal（1gal=3.785L，下同）。到2005年，美国只剩下5家甲醇厂，年产甲醇300×104gal，甲醇燃料渐渐受到冷落。3甲醇汽油在国外衰退的原因目前，甲醇汽油在国外已基本衰亡。甲醇作为燃料在美国、瑞典、德国等国家经历了政府支持、示范推广、最终被限制使用或禁用的过程，除与各国当时的政治、经济情况有关外，其作为燃料的自身缺陷是最根本原因。3.1甲醇汽油暴露出的诸多缺点是人们不愿接受的根本原因甲醇的主要缺陷包括：①甲醇有毒，甲醇汽油使用不慎容易对生产者、加油站人员、使用者、维修者造成伤害，严重时可导致失明甚至致命。②甲醇腐蚀性强，在储存和使用过程中会产生很多麻烦，对储油罐、加油枪、汽车油箱和油路的金属及合金材质有腐蚀作用，易造成发动机中弹性体和密封垫等溶胀，对汽车发动机造成渐进式、短时间内难以察觉的损坏，缩短汽车使用寿命。甲醇的腐蚀性同样会表现在低比例甲醇燃料中[3]。③甲醇的热值只有汽油的一半，在很大程度上限制了车辆的行驶距离。④根据甲醇的蒸发和燃烧特性，纯甲醇在固定的沸点64℃沸腾，蒸发潜热比较高，为1178kJ/kg，而汽油仅为330-420kJ/kg，因此冬季甲醇汽油不易蒸发，冷启动困难；而夏季甲醇汽油又表现出反常的高蒸气压，容易发生“气阻”现象。⑤甲醇还可能与汽油清净剂不兼容[3]。美国洛杉矶和西雅图的运管部门由于甲醇燃料的高腐蚀性放弃了甲醇项目。洛杉矶的交通管理官员宣布，其甲醇防污染项目失败的主要原因是甲醇汽车需要经常修理。经过5年的试验后，西雅图地铁交通署的官员撤销了甲醇车示范项目。项目试验结果显示，当公交车运行6×104-7×104mile（1mile=1609.344m）后会产生严重的发动机故障，主要是由燃料的腐蚀性造成的。汽车制造商也反对在汽油中掺烧甲醇。1998年以后，汽车制造商不再生产甲醇汽车，他们解释的原因是，虽然甲醇汽车技术已经成熟，但没有市场，用户不愿意用。1998年12月，世界汽车制造商组织联合发布的《世界燃料规范》中要求“不允许使用甲醇”；在2000年4月新一版的燃油规范中，再次明确要求“不允许使用甲醇”。美国石油公司也不愿意支持甲醇汽油。尽管这些石油公司曾将部分加油站租赁给加州能源委员会，但并不承担甲醇汽油的营销工作，相反还在各种公开场合反对将甲醇作为替代燃料。7家美国石油公司曾提议建设81座甲醇加油站，但到1996年总共仅建设了52座。雪佛龙于1992年宣布收回承诺；阿科和壳牌于1995年宣布将不再建设M85加油站；在加州能源委员会提出再建要求时，其他石油公司也拒绝继续建设甲醇加油站。在10年租赁期满后，这些石油公司所建甲醇加油站全部转回常规汽油加油站。同时，用户也不愿接受甲醇汽油。甲醇汽车故障较多，维修成本较高，最麻烦的是加甲醇汽油很不方便。在欧洲，汽油中允许含有3%的甲醇，但统计数据显示，燃料中添加的甲醇却低于0.5%[4]。3.2环保优势的相对减少也是甲醇汽油衰退的重要原因环保因素曾是推动甲醇汽油发展的重要因素，但后来又成为制约其发展的重要原因。首先，20世纪90年代初，美国根据《清洁空气法修正案》推行新配方汽油。这种清洁燃料首先做出对车用汽油化学组分含量进行限制以减少排放和改善空气质量的规定，从而引发了汽油组分的优化问题，并引导了全球汽油清洁化的发展。新配方汽油的应用使甲醇的环境优势相对减少。值得指出的是，甲醇曾在新配方汽油中以MTBE（甲基叔丁基醚）形式作为含氧组分，显著减轻了汽车排放所造成的空气污染。可是后来发现MTBE有水溶性高、可生物降解性差、能迅速迁移至饮用水中危害人体健康的问题。于是，美国又立法禁止添加MTBE。其次，使用甲醇汽油尽管可以减少尾气中CO、NOx排放，但尾气中非常规排放物总醛却增加了3倍以上，而甲醛是一种致癌物质。汽油中加入甲醇后蒸气压上升明显，运输、加工、使用过程中挥发损失增加，加上甲醇又具有相当的毒性，使用甲醇汽油对环境存在明显的负面效应。国际能源机构（IEA）曾委托芬兰国家试验研究中心对几种清洁燃料的汽车尾气排放性能进行试验[5]。1995年所做的试验评价报告见表1；瑞典在20世纪80年代也做过这种测试，结果见表2。最后，在20世纪90年代，温室效应使地球表面温度上升的事实得到确认，引起极大重视。各国首脑协商共同采取措施，减少温室气体排放，这也成为醇燃料发展的推动力。乙醇燃料由生物质制成，在成长过程中，植物通过光合作用吸收大气中的CO2，可补偿乙醇燃料燃烧过程中排放的CO2，对减少向大气排放CO2有利。而甲醇主要是采用矿物原料（煤、天然气）生产，属于不可再生燃料，也不能减少CO2排放，对气候有不利影响。因而，各国政府转而大力发展生物乙醇。3.3欧美等国家的政策决定了甲醇汽油逐渐被乙醇汽油所取代进入21世纪，由于油品生产技术和汽车生产技术的进步，汽油车的排放性能得到很大改善，从环保角度看甲醇燃料的优越性相对减少；同时，由于石油供不应求状况的加剧以及人们对气候变化的关注，生物乙醇受到更多重视。美国农业州的州政府为了支持本州的农业，也愿意支持乙醇燃料的发展。此外，农场主对国会政策影响也很大，使得乙醇燃料得到较多的支持。欧美各国政府逐步放弃对甲醇燃料的政策支持，转而支持生物乙醇的发展。2005年《新能源法案》推出了一项180亿美元的能源税收减免计划，鼓励使用乙醇类能源。提出到2012年要使每年利用燃料乙醇或生物燃料的数量达到75×108gal，同时提出为防止地下水污染，将禁止在汽油中添加甲基叔丁基醚（MTBE）。此外，美国车用无铅汽油标准ASTM4814要求，汽油中甲醇含量不得超过0.3%。美国1997年M85甲醇汽车保有量2.1×104多辆，M85甲醇燃料年消费量最高曾达到245×104gal汽油当量。但1998年后美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料都在减少，与此同时，由于毒性小且安全性较好的乙醇汽油克服了甲醇汽油的上述缺点，得到大力发展，消费量迅速增长。到2003年，甲醇燃料几乎完全被乙醇燃料所取代。1992-2007年美国甲醇、乙醇燃料汽车保有量和燃料消费情况见表3[6]。在德国、