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        新型清潔能源──合成燃料(XTL)

        2009-07-08 09:16:02繆文泉
        中國汽車市場 2009年6期
        關(guān)鍵詞:柴油燃料煤炭

        嚴 瑾 繆文泉

        前言

        21世紀人類面臨的最大問題是能源與環(huán)保問題。能源已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的血脈,隨著世界經(jīng)濟規(guī)模的不斷增大,世界能源消費量持續(xù)增長。根據(jù)統(tǒng)計,1973年世界一次能源消費量僅為57.3億噸油當量,而2007年已達到111.0億噸油當量。在30多年內(nèi)能源消費總量翻了一番,年均增長率為1.8%左右。2007年,在世界一次能源消費總量中石油占35.6%、煤炭占28.6%、天然氣占25.6%。

        我國是個能源資源嚴重短缺的國家,石油和天然氣的人均剩余可采儲量均小于世界平均水平的8%,儲量較豐富的煤炭只占世界平均水平的60%(注1)。隨著我國汽車保有量進一步擴大,能源資源的短缺問題日益顯著。汽車保有量的增加不但加劇能源的消耗,而且產(chǎn)生的大量尾氣所造成的污染問題已引起社會的廣泛關(guān)注。因此,能源的過度消耗和污染物的大量排放已經(jīng)嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境,并對我國社會的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴重威脅(注2)。

        車輛的清潔代用能源不但可以部分解決石油危機問題,而且可以改善排放狀況,減少污染。劍橋能源研究協(xié)會預測,全球二氧化碳的排放量到2015年將增加15%,到2030年將增加50%,即從今天的300億噸上漲到420億噸。大量的二氧化碳造成的溫室效應(yīng)使全球面臨越來越嚴峻的氣候問題,而清潔能源技術(shù)可以有效減少二氧化碳的排放量??梢宰鳛槠嚢l(fā)動機用的新型清潔能源有:天然氣、酒精、二甲醚、生物柴油、氫、燃料電池、太陽能等,目前世界各國都在研究使用這些清潔能源的新型汽車。

        合成燃料(XTL)特性

        合成燃料(XTL)是把數(shù)種含能體能源通過化學變化合成的新燃料,屬于一種化學能。合成燃料(XTL)包括天然氣制油燃料(GTL),煤制油燃料(CTL)和生物制油燃料(BTL)。制造合成燃料的技術(shù)出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)時期,德國最先開始研究從煤里提煉燃料從事戰(zhàn)爭。

        合成燃料(XTL)無色無味,基本不含硫和芳香烴,無論是以純態(tài)或是與柴油摻混,都可直接用于傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機而無需任何改裝。相比傳統(tǒng)柴油,合成燃料(XTL)能大幅度地減少顆粒物、氮氧化物、一氧化碳和碳氫化合物的排放。

        合成燃料(XTL)的研究

        從2004年開始,合成燃料(XTL)生產(chǎn)商通過與國內(nèi)外汽車制造商、發(fā)動機技術(shù)開發(fā)商、科研院校和各地政府的合作,開展了一系列的示范運行與研究。2007年5月,在北京公交集團4輛歐Ⅲ標準的公交車上使用Shell公司提供的GTL燃料進行示范運行。測試結(jié)果表明GTL燃料在噪音、車輛運行平穩(wěn)度以及過熱現(xiàn)象等方面優(yōu)于柴油。

        德國大眾公司在柏林將Shan公司生產(chǎn)的GTL柴油應(yīng)用在25輛裝備了當時歐洲技術(shù)最先進、并且能滿足歐Ⅲ排放標準的柴油機的Golf TDI汽車上,經(jīng)過連續(xù)22km無故障運行試驗證實,燃用GTL柴油PM排放平均降低26%,HC排放平均降低63%,CO排放平均降低91%,NOx排放平均降低4%(注3)。

        美國能源部還曾對圣路易斯市生物柴油公交車的應(yīng)用案例進行了研究。參與測試的公交車長達12.2m,發(fā)動機型號為DDC 6V92TA,其中5輛使用BD20燃料(由大豆制成的生物柴油和普通柴油體積比分別為20%和80%),另外5輛使用普通柴油。

        排放測試采用CBD駕駛循環(huán),測試結(jié)果表明生物柴油公交車與普通柴油車的燃油經(jīng)濟性相當,排放水平也很接近,使用生物柴油后THC排放稍有降低,CO排放不變,NOx和PM排放有很少的增加(在測量誤差范圍之內(nèi))。使用生物柴油相比普通柴油,NOx排放會增加 2.0%,但PM、HC和CO排放將分別降低10.1%、21.4%和11.0%。

        合成燃料(XTL)的發(fā)展

        2000年,為解決過剩的陳化糧而上馬的燃料乙醇項目,如今已成為我國替代能源的最成熟模式。2007年,生物乙醇的產(chǎn)量每天增加了20萬桶。但是食物與燃料的沖突仍將是制約生物燃料發(fā)展的重要因素。為了解決這個沖突,纖維質(zhì)技術(shù)和基因技術(shù)進入生物燃料領(lǐng)域,以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇應(yīng)成為技術(shù)開發(fā)的焦點。因此,第二代生物燃料讓人們充滿了希望。

        除了發(fā)電之外,隨著煤炭液化技術(shù)的發(fā)展,煤炭成為一個非常有前景的液態(tài)燃料。我國煤炭資源豐富,但其中也不乏劣質(zhì)煤。由于劣質(zhì)煤不能直接燃燒,會造成環(huán)境污染,因此采用煤的潔凈利用技術(shù),將其制成二次能源甲醇、二甲醚等煤基替代燃料,可大幅度提高煤炭附加值。

        2007年,中國煤炭液化的產(chǎn)量是每天24萬桶,現(xiàn)在已經(jīng)把10年后煤炭液化的生產(chǎn)目標定為每天100萬桶。美國與中國一樣是能源消耗大國,在過去的10-15年里,鉆探非常規(guī)性天然氣(油砂、油頁巖、煤層氣)已經(jīng)成為北美上游領(lǐng)域主要的投資戰(zhàn)略。據(jù)預測,到2017年,非常規(guī)性的天然氣供應(yīng)將占到北美地區(qū)濕氣總供應(yīng)量的一半以上(注1)。

        表1合成燃料(XTL)的理化特性

        結(jié)束語

        合成燃料(XTL)的主要原料是煤炭和天然氣,以煤炭為燃料時,主要目標是生產(chǎn)有利于環(huán)境保護的清潔液體燃料。從市場角度出發(fā),合成燃料技術(shù)要得到大規(guī)模應(yīng)用,必須降低成本。從長遠看,煤、天然氣這些常規(guī)能源都是有限的,因此,研究利用可再生能源合成液體燃料技術(shù),將是一個長期的課題。如用生物質(zhì)能源合成液體燃料等技術(shù)都具有巨大的發(fā)展前景。這有助于解決石油資源貧乏不能滿足我國國民經(jīng)濟發(fā)展需要的問題,對保障國家能源供應(yīng)安全具有十分重要的意義。

        (本文作者嚴瑾系上海交通大學在讀研究生)

        參考文獻

        注1:慧典市場研究報告網(wǎng)

        注2: 肖元真,馬驥,吳泉國,大力發(fā)展清潔能源 全面實施節(jié)能減排。北華大學學報 ( 社會科學版),2008-4,9(2):109-114。

        注3:Hock Cheng Heng,Suhaili Idrus,The Futur of Gas to Liquids as a Gas Monetization Option[J],Journal of Gas Chemistry,2004,13:63-70

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