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降碳任务繁重 甲醇汽车峰回路转迎来新契机

2021-09-24 10:54:50    来源:经济参考报

编者按

曾经因各种原因被不少国家放弃的甲醇汽车,如今在碳中和的目标下迎来新的发展契机。在新能源汽车产业蓬勃发展、技术路线多元与包容的大背景下,政策的支持和相关企业的大力推动,使甲醇汽车在中国迎来了更为广阔的发展空间。

因其具有环保、经济、节能等优点,使用甲醇作为燃料的甲醇汽车在上世纪七八十年代曾受到欧美各国竞相追捧。不过,受各种因素制约,甲醇汽车目前在国外已基本退出舞台。而在国内,在政策支持和相关企业的大力推动下,我国甲醇汽车却进入了一个全新的发展阶段。

研究热潮一度兴起

甲醇作为一种燃料,始于第二次世界大战后期,当时德国、日本、意大利等国矿产资源严重匮乏,为了不受制于人,甲醇被作为汽油的替代品使用,彼时德国开发出的“超级油料”就是甲醇、汽油和添加剂制成的成品燃料。由于在技术上无法规避甲醇对金属和橡胶件的腐蚀问题,德国只将其用来充当火箭燃料。

上世纪70年代初,由于“石油危机”的出现,许多国家为了能源安全和外汇,更加积极寻找石油的代用能源。在这种力量的推动下,甲醇作为一种液体燃料,其运输、分配、携带、使用方式都和传统的汽、柴油差不多,且原料资源丰富,燃烧干净,因而愈发受到各国重视。

在甲醇燃料的推广过程中,人们发现其不仅可替代石油,而且使用甲醇燃料的汽车尾气排放也比使用汽油和柴油的汽车低很多,对环境更有利。

因此,到了上个世纪80年代,尽管石油价格回落,但改善大气环境质量已成为发展甲醇燃料的推动力,美、德、加、法、日、瑞典、新西兰等发达国家的政府和汽车公司,都在大力推动醇燃料(含醇的液体燃料)汽车的研究、试验和示范推广,并由国家议会列为清洁燃料,予以发展。世界各大汽车厂也开发出了许多不同方案的醇燃料汽车,如专用优化的醇燃料小轿车(曾是巴西汽车的主流),全醇燃料的大轿车、大卡车,灵活燃料汽车等。

瑞典是欧洲地区推动甲醇汽车最为积极和突出的国家之一。自1975年起,该国便开始组织针对甲醇燃料和甲醇汽车的研究工作,并于1976年以东道主的身份举办了第一届国际醇类燃料会议,以推动包括甲醇和乙醇在内的替代燃料的国际交流。

在首都斯德哥尔摩以南的尼奈斯海姆,瑞典还组织了一支主要使用M15(含15%甲醇)燃料的测试车队。与此同时,也有一些来自美国福特公司和德国大众公司的轿车在瑞典使用M100(即纯甲醇)燃料运行。

美国也是国际上发展甲醇燃料起步较早的国家,上个世纪80年代已有甲醇汽车正式在市场销售,主要供给联邦和各个州的政府部门使用。

自1978年起,美国加州开展了长达20多年的甲醇汽车试点项目,当时参与加州示范项目的汽车制造商主要是福特和大众两家公司,加州政府从这两家企业采购了一定数量的汽车产品示范运行。但在项目初始阶段,地域相对广阔的加州只有10座可以提供甲醇燃料的加油站,极大地限制了甲醇汽车的推广。

为了应对这一基础设施方面的制约,上世纪80年代,福特公司的研发负责人之一罗贝塔·尼科斯提出了所谓灵活燃料汽车的解决方案。该公司研制的第一款灵活燃料汽车,基于其既有的金牛座中级轿车台改造而来,既可以使用M85(含85%甲醇)燃料,也可以使用普通的汽油。这样一来,便解决了车辆运行地域范围受限的问题。

随后,美国另外两大本土汽车公司通用和克莱斯勒也相继推出了这种灵活燃料汽车。这种灵活燃料汽车的另一项优势,是解决了纯甲醇燃料在低温时汽化条件不佳、不易冷启动的问题。它在低温启动时首先使用汽油驱动发动机,待温度上升到正常工作状态后,再切换到使用甲醇燃料。

此时,推动甲醇汽车的主要动机已经由应对石油危机转变为改善空气质量。

1988年,美国总统里根签署了《车用替代燃料法案》,随即美国环保署批准可以将甲醇用作汽车燃料。一年后,新当选的美国总统老布什签署了《清洁空气修正案》,1992年他又签署了《能源政策法案》,对使用替代能源的车辆予以税收减免,并且要求政府部门带头使用甲醇汽车。

曾经辉煌的过去

在海外,甲醇汽车曾有过一段辉煌的过去。

1997年,德国奔驰公司提出甲醇重整燃料电池A级轿车方案,并推出了第一台以甲醇作为燃料的汽车Necar 3――通过甲醇水蒸气重整技术将甲醇重整,得到氢气并将氢气导入电堆发电,此过程中氢气可以即产即用。Necar 3配有38升的甲醇箱可以支持这辆A级车连续行驶300公里以上。

2001年11月,戴姆勒克莱斯勒公司在柏林发布了以甲醇为燃料的燃料电池车Necar 5,并将其定位为全球第一个达到试用阶段的甲醇重整燃料电池汽车。Necar 5的整套动力系统结构紧凑,体积较之前的设计减小了一半,功率提高50%,未配备动力电池,续航里程400公里以上,最高车速超过150公里/小时。整套燃料电池系统安装在车的底部,提供了和梅赛德斯奔驰A级车一样宽敞的内部空间。

2002年5月20日,奔驰Necar 5从美国旧金山出发,经历了加利福尼亚的高温环境和内华达山脉、落基山脉的低温多雪环境,跨过了高达2640米的山口,穿越了交通拥挤的大城市,于2002年6月4日顺利抵达华盛顿。这次横跨美国大陆的测试历时14天,系统地探究了Necar 5在日常运行状态中的技术极限,创造了甲醇燃料电池汽车5250公里的长途行驶纪录。

2020年,德国跑车制造商Roland Gumpert创办的汽车公司,生产出了全球首辆甲醇燃料跑车Gumpert Nathalie。据外媒报道,该款车采用了绿色环保的甲醇燃料,配备四个电机,由燃料电池提供动力,百公里加速仅为2.5秒,最大马力可达530匹,最高时速为300公里/小时,在装满甲醇的情况下,可以行驶800公里以上。

2017年4月,在德国汉诺威展上,丹麦的SerEnergy公司推出了一款基于纯电版日产eV200车型的改装车,在原纯电车上用SerEnergy公司的甲醇重整制氢燃料电池模块做了增程改装,续航里程可达800公里。该公司甲醇燃料电池车的运行,也促使丹麦建设了第一个甲醇加注站,这也是欧洲第一个甲醇加注站。

1996年至2004年间,日本本田公司同样在燃料电池领域就甲醇重整制氢技术做了相应的研究,并推出了相关车型。而美国的福特、通用和克莱斯勒等车企也曾开发过不同方案的醇燃料汽车,包括专用优化的醇燃料小轿车,全醇燃料的大轿车等。

但进入上世纪90年代后,甲醇汽车在国际上由热转冷,特别是此前甲醇汽车发展迅速的美国,由于获得乙醇的成本更低,渠道更多元,使得加入10%乙醇的汽油占据了更大优势,甲醇汽车很快便被边缘化,并淡出了美国消费者的视野。

海外由兴转衰原因复杂

目前来看,甲醇汽车在国外已基本衰亡。作为燃料,甲醇在美国、瑞典、德国等国经历了政府支持、示范推广、最终被限制使用或禁用的过程,这与各国当时的政治、经济情况以及甲醇本身的特都有着密切的关系。

和中国相比,欧美国家在甲醇汽车领域研发时间更早,技术更成熟,并一度产业化,然而,时至今日,却鲜见甲醇汽车。业界认为,甲醇汽车未能在欧美形成气候,主要原因在于利益之争。

据外媒报道,美国石油财团的实力远远强于汽车财团,即使在1992年至1995年甲醇汽车的三年黄金发展期,加州政府也不过只是在远郊偏僻之地加设了100个甲醇汽油加注站。由于没有充足的甲醇汽油可用,福特公司1993年销往10个州的6万辆甲醇汽油灵活燃料汽车不得不重新使用汽油燃料,加上被石油财团垄断的输送管道也不配合,1998年,福特汽车的甲醇汽油及其新能源汽车项目夭折。在加州政府与各大石油公司加油站的租赁协议到期后,原本能够提供甲醇燃料的加油站也纷纷改为传统加油站。

另外,甲醇的安全,尤其是毒一直被认为是甲醇大规模使用的隐患。事实上,尽管甲醇汽车在示范运行过程中的结论一直是“安全能够得到保障”,且在甲醇汽车示范运行总里程超过2亿英里(约合3.22亿公里)的美国,也从没出现过甲醇燃料中毒事件,但对于从未接触过甲醇燃料的人来说,其“有毒”的说法还是让人“望而却步”。

与此同时,氢能作为另外一种新的替代能源也在这一时期逐渐走入了汽车制造商的视野,各个企业开始研究和探索氢燃料电池技术或将氢气作为燃料应用于内燃机。

正是在多种技术路线的竞争下,甲醇汽车渐渐淡出了人们的视野。

国内发展迎来新契机

我国是全球最大的甲醇生产国和使用国,产能和产量均超过全球一半以上。数据显示,2019年全国甲醇产能约9000万吨,占全球60%,产量约7000万吨。同时,我国的甲醇生产、应用装备技术均处于世界前列,这为我国发展甲醇汽车带来了充分的能源和技术保障。

2019年3月,工信部连同发改委、科技部、公安部等八部委,联合发布《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》,鼓励山西、陕西、贵州、甘肃等资源禀赋条件较好且具有甲醇汽车运行经验的地区,加快M100甲醇汽车的应用;鼓励有条件的地区,在公务、出租、短途客运等领域使用甲醇汽车。由此,我国甲醇汽车开始从探索、试点阶段进入到了一个全新的发展阶段。

目前,我国甲醇汽车已经完成了政策、技术标准、行政许可和市场准入机制的建立,各地已有数万辆甲醇汽车在运行。而由中科院大连化学物理研究所创新研制的甲醇重整制氢技术,也已组织开展规模化产业链建设。

期,山西和贵州等地方政府都在加快推进甲醇汽车。根据山西省工信厅的规划,到2021年底,山西将形成年产15万辆甲醇汽车的产能,并在太原等重点城市的出租车、网约车领域推广5000辆M100甲醇汽车,建成100座以上甲醇加注站;力争到2022年底,推广应用M100甲醇汽车超过2万辆,建成甲醇加注站200座以上。

贵州省则建立了完善的甲醇汽车生产、销售、服务体系和甲醇燃料输配送供应保障体系,出台了一系列鼓励措施,逐步形成了保障甲醇汽车运行的制度体系和管理机制,已成为全球甲醇汽车运营周期最长、覆盖区域最广、运营规模最大的地区之一。数据显示,目前贵州省通过市场化方式推广甲醇汽车16400辆,总运行里程超过65亿公里,最大单车运行里程达到95万公里以上,全省投入运营甲醇燃料加注站超过50座,年消耗甲醇约25万吨,替代汽油约15万吨。

作为最早进行甲醇汽车研发与布局的企业,吉利集团在甲醇替代燃料方面进行了16年的持续研发。2019年4月,吉利商用车推出了全球首款M100甲醇重卡牵引车,将甲醇商用车的应用和推广真正落地。截至2021年7月,吉利甲醇乘用车已规模化运行超2.7万辆,总运行里程达到80亿公里,最高单车运行里程已突破120万公里;甲醇商用车运行超100辆,市场运行总里程227.24万公里。

专家认为,自我国提出碳达峰、碳中和目标后,低碳转型发展成为各行各业的探索重点,而交通运输业是重要的能源消费领域,降碳任务繁重,因此,完善捕集二氧化碳合成绿色甲醇、利用农作物秸秆等生物质制取甲醇的技术,并实现规模化应用,发展甲醇汽车和甲醇经济,对我国交通运输行业的节能减排、实现“双碳”目标具有深远意义。(记者 秦天弘)

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