甲醇燃料助力內(nèi)燃動力轉(zhuǎn)型升級
我國是全球最大的甲醇生產(chǎn)和應(yīng)用國。2023年甲醇的產(chǎn)能達到1.1億噸，產(chǎn)量超過8400萬噸，主要用于制烯烴、甲醛、甲基叔丁醚等化工原料。近年來，由于過高的石油能源對外依存度，以及降低燃料碳排放的壓力，甲醇作為低碳燃料應(yīng)用的比例逐年增加。隨著具有碳中和潛力的綠色甲醇發(fā)展，加之國際海事組織對使用綠色甲醇燃料的推動，甲醇燃料發(fā)展進入快車道。目前，甲醇汽車在乘用、商用、工程專用、船舶、發(fā)電等一眾原來由傳統(tǒng)石油燃料掌控的內(nèi)燃機動力方面得到了全面應(yīng)用。
甲醇作為車用燃料由來已久
甲醇作為燃料始于上世紀70年代的一次全球石油危機。為了改變石油能源受制于人的被動依賴局面，發(fā)達國家針對汽油、柴油燃料開啟了尋求替代燃料的研發(fā)工作，甲醇作為生產(chǎn)資源最廣泛、生產(chǎn)技術(shù)最成熟、產(chǎn)量最大宗產(chǎn)品受到普遍關(guān)注。上世紀80年代，美國開啟了為期十年的甲醇汽車試運行工作，后來因為石油能源危機緩解，以及美國替代能源轉(zhuǎn)向乙醇，試點工作隨之結(jié)束。
我國在同時期也開始研究甲醇作為石油燃料替代。在科技部和國家自然科學(xué)基金委員會支持下，中科院和天津大學(xué)等一批高校領(lǐng)銜此項工作。在汽車領(lǐng)域，工信部于2012年會同有關(guān)部門在十個城市組織開展甲醇汽車試點工作，經(jīng)過五年從動力、經(jīng)濟、環(huán)保、安全、適用、可靠六個維度的考核，結(jié)果表明甲醇作為燃料應(yīng)用是可行的，只要規(guī)范應(yīng)用，甲醇是安全的燃料。2019年3月，工信部聯(lián)合國家發(fā)展改革委、科技部等八部門印發(fā)《關(guān)于在部分地區(qū)開展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，標(biāo)志著甲醇燃料在特定地區(qū)的規(guī)模化應(yīng)用進入政策實施階段。
2020年，我國科研人員在綠色甲醇生產(chǎn)技術(shù)上的重要突破，為綠色甲醇的生產(chǎn)開創(chuàng)了新局面。這個突破就是以風(fēng)力和光伏發(fā)出的可再生電力，用其電解水獲得綠氫，然后與捕捉到的二氧化碳或直接用生物質(zhì)合成制得綠色甲醇。據(jù)統(tǒng)計，2025年我國有望投產(chǎn)的綠色甲醇項目累計產(chǎn)能共計65萬噸/年，計劃的遠景產(chǎn)能為6000萬噸。“向綠發(fā)展”已經(jīng)成為當(dāng)前甲醇的主導(dǎo)方向。
目前，甲醇汽車在西南、中西部、西北、華北、東北等地區(qū)得到規(guī)模化應(yīng)用，運行的車輛已經(jīng)超過6萬輛。特別是吉利醇氫汽車的推出，解決了在北方高寒地區(qū)冬季使用電動車遇到的性能下降、行駛里程縮短、充電不暢等痼疾。甲醇燃料在汽車上的成功應(yīng)用，也帶動了礦山運輸機械、發(fā)電機組以及運輸船舶的甲醇運用。目前，每年的甲醇消耗量已達數(shù)百萬噸，規(guī)模替代石油燃料的效果初步得到顯現(xiàn)。
甲醇向綠的優(yōu)勢及難點
在“雙碳”目標(biāo)的背景下，甲醇因為低碳的特性受到市場的普遍認同。甲醇作為液態(tài)氫基燃料，憑借其原料多元化、儲運便利性及減排潛力，正成為未來內(nèi)燃動力轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)路線。2025年以來，多個部委發(fā)布的政策顯示，甲醇動力車、船、發(fā)電機組數(shù)量穩(wěn)步增長。目前，甲醇汽車已在“政策許可”“管理許可”“技術(shù)法規(guī)許可”“生產(chǎn)制造許可”“市場準入許可”“使用后市場維保許可”全面貫通。甲醇汽車的產(chǎn)業(yè)生態(tài)已經(jīng)初步構(gòu)筑。綠色甲醇生產(chǎn)、加注站建設(shè)、零部件產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈初具規(guī)模。甲醇燃料的動力裝置正在各領(lǐng)域快速發(fā)展。
甲醇作為燃料得到用戶的歡迎，除了其優(yōu)異的低溫性能、儲運和加注的優(yōu)勢，最重要的還是其低廉的價格。目前使用的甲醇主要是煤制。按照煤制甲醇的成本價，資料顯示，目前中國煤制甲醇產(chǎn)能占比達75%，其完全成本約1200元/噸。甲醇商用車即使采用純甲醇驅(qū)動，按照108升/100公里的數(shù)據(jù)計算下來約102元/100公里，與柴油6.5元/升、35升/100公里相比，甲醇車的燃料費用僅為柴油車的45%。盡管甲醇車的整車購價較柴油車要高出5萬元左右，但是燃料運行費用的減少，也促使用戶轉(zhuǎn)向選擇甲醇車。但綠色甲醇的價格約為煤制甲醇的2-3倍。如果直接使用綠色甲醇作為燃料，其優(yōu)勢基本喪失殆盡。即使未來綠色甲醇的產(chǎn)量進一步增大，成本有所下降，達到煤制甲醇的程度也很困難。這是甲醇應(yīng)用遇到的挑戰(zhàn)，事關(guān)甲醇未來應(yīng)用的命運。
如何突破綠色甲醇應(yīng)用的難點
根據(jù)我國能源資源“缺油、少氣、相對富煤”的特點，煤炭作為我國能源壓艙石的態(tài)勢暫時不會變化。但是，煤制甲醇生產(chǎn)1噸甲醇需要排放2.5噸二氧化碳的現(xiàn)實也不可回避。如何破解此難題，建議如下：
首先是政策支持。減碳是硬目標(biāo)。目前我國交通領(lǐng)域二氧化碳的排放量約占總排放量的8-10%。甲醇燃料每公斤完全燃燒會排放1.375公斤二氧化碳，而柴油和汽油每公斤排放3.16公斤。顯然，將甲醇作燃料對減碳是有利的。目前，具有碳中和作用的綠色甲醇由于價格高，會影響用戶的積極性，建議由國家有關(guān)部門出臺對使用低碳燃料的鼓勵政策;對于煤制甲醇生產(chǎn)過程中捕捉的二氧化碳可以再利用，與綠氫合成甲醇作為次生甲醇使用;鼓勵將煤制甲醇和綠色甲醇按比例摻混，實現(xiàn)綠色甲醇由部分向全部的過渡。
其次要鼓勵新燃燒技術(shù)的研發(fā)。研究和道路試驗的結(jié)果顯示，如果采用50%甲醇和柴油一起按照柴油甲醇二元燃料模式進行工作，最佳狀態(tài)下，可實現(xiàn)一升甲醇等效于一升柴油的做功量，這種工作方式的二氧化碳排放量比直接用純甲醇燃料的二氧化碳排放量要少。甲醇作為一種新燃料，針對其特性開展的研究仍不夠充分，是否存在更好的燃燒方式，值得深入研究。
就政策層面，甲醇尚未被納入國家能源體系，加注站建設(shè)審批需突破危化品管理限制;車輛的積分政策也不明確，影響了企業(yè)研發(fā)的積極性。另外，甲醇加注網(wǎng)絡(luò)尚未形成規(guī)模，實際應(yīng)用技術(shù)可靠性、零部件生產(chǎn)和研發(fā)等完整生態(tài)還需要進一步培育。總體來說，要讓甲醇燃料真正全面走向市場化，還需要國家層面做統(tǒng)一考慮。(作者姚春德系天津大學(xué)先進內(nèi)燃動力全國重點實驗室教授)
