專論 付於武：對甲醇汽車的再思考
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中國汽車工程學會名譽理事長付於武
關於甲醇燃料的使用，已經有多年了，筆者曾聽何光遠老部長多次談起，也非常佩服老領導的堅持。之後，筆者做了一些分析和考察。甲醇作爲燃料用於內燃機並搭載到汽車上使用，歷史契機是發生在上世紀70年代的石油危機和城市污染。但到了上世紀90年代初，這兩個問題都發生了歷史性變化，其中世界格局的鉅變使人們對石油危機的擔心得到很大緩解；在技術方面，催化轉換器從上世紀70年代的二元普遍變成了三元，內燃機電控技術從簡單的電子點火和噴油變成了普遍基於芯片的系統控制，使人們確立了抑制污染和節約燃料的嶄新技術手段，且技術在不斷進步。因此，德國、美國和日本都很快退出了甲醇燃料在汽車上的應用。
進入21世紀初，隨着我國加入世界貿易組織，迎來了國內經濟的快速發展，但也出現了兩大問題：石油對外依存度不斷提高，城市排放污染日益嚴重。爲此，汽車行業提出了多種解決方案，也可以將其簡單地分爲兩大路徑。一條路徑是以拋棄內燃機爲目標的方案，如主張純電動技術路線、燃料電池技術路線和混合動力技術路線；另一條路徑是以繼續使用內燃機，尋求替代燃料爲目的的方案，如天然氣、甲醇、乙醇、二甲醚等等。從近20年的實踐結果來看，純電動汽車路線和天然氣內燃機路線已經勝出，以乙醇和二甲醚爲替代燃料的內燃機幾乎看不到蹤影了。
2020年9月30日，習近平主席在聯合國生物多樣性峰會上講話時指出：“作爲世界上最大發展中國家，我們也願承擔與中國發展水平相稱的國際責任，爲全球環境治理貢獻力量。中國將秉持人類命運共同體理念，繼續作出艱苦卓絕努力，提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，爲實現應對氣候變化《巴黎協定》確定的目標作出更大努力和貢獻。”
作爲一名汽車產業的從業者，筆者一直在思考汽車如何才能在節能減排、碳達峰、碳中和上承擔更多的責任。對於甲醇汽車，筆者之前缺少了解，社會各界也頗有爭議，因此不敢貿然發聲。再一次引起筆者對甲醇燃料的特別關注，是因爲最近吉利商用車集團首席執行官周建羣和漢馬汽車總經理劉漢如介紹吉利汽車等一些企業在甲醇汽車方面進行的艱難探索。他們的堅持打動了我。經過一段時間的認真考察和思考，筆者認爲時勢易也，在習近平主席代表國家提出碳中和這一戰略目標的歷史條件下，甲醇作爲燃料在當前具有更加積極的意義。最近筆者通過研究有一些心得，與大家分享。
一、甲醇燃料在我國有近20年的實踐成果
1.作爲燃料，甲醇在內燃機上使用。
這是目前爲止探索最多、應用最廣泛的領域，也是與節能減排和低碳經濟直接聯繫起來的領域。基礎研究和工程實踐都表明，甲醇汽車的排放和成本較之於汽油、柴油和天然氣，有其優勢所在。特別是在商用車領域，較之於柴油能更多地降低碳排放，較之於天然氣能更多地降低購置成本，而在運營成本方面也有明顯的經濟優勢和區域優勢。吉利乘用車和商用車在我國西南及西北的市場實踐證明了這些優勢。
不僅在汽車領域，我國在船舶領域也做了很多探索並正在取得商業性進展，相信在工程機械和農業裝備等領域也會有很大的發展空間。
甲醇作爲燃料應用到內燃機上，因爲其有極性和潛熱高這兩個明顯區別於其他燃料的理化特徵，因此帶來了內燃機的腐蝕磨損和低溫冷啓動困難這兩大技術挑戰，進而對耐久性和熱效率產生影響。可喜的是，經過十幾年的技術攻關，在這些方面已取得進展和突破，並使我國在甲醇內燃機這一領域處於世界領先水平。
然而甲醇帶來的內燃機腐蝕磨損和低溫冷啓動困難，依然是甲醇內燃機的核心問題，依然需要不斷探索新的技術方案以進一步降低產品成本、提高耐久性和經濟性。例如，解決低溫冷啓動問題，是否可以嘗試有效利用高溫廢氣在催化劑的作用下將甲醇裂解成一氧化碳和氫氣使之參與燃燒？這樣既發揮了甲醇較其他燃料易於裂解的材料優點，又有效利用了廢棄熱能，解決低溫冷啓動問題，進而對提高內燃機熱效率也會有明顯貢獻。
因此，基礎研究和創新探索不能止步。這是工程實踐不斷前進的根基，也是不斷提高市場競爭力的源泉。
2.作爲燃料，在燃料電池上的使用。
目前市場上試運行的燃料電池基本上都是PEMFC（質子交換膜燃料電池），其對氫氣的純度要求極高，這就必須要求專門的氫氣製備、運輸和加註等基礎設施建設，這就造成了氫氣本身和車載儲氫裝置的高昂成本，抑制了燃料電池這一技術路線在汽車上的大規模應用。
而甲醇（CH3OH）是氫氣相對的完美載體，爲車載制氫等提供了燃料基礎，也因此產生了相關的技術路線，如直接甲醇燃料電池、基於甲醇重整的燃料電池和基於甲醇裂解的高溫燃料電池等，爲燃料電池用於車輛提供了新的可能的技術途徑。
PEMFC有一個特點就是容易造成一氧化碳中毒，而高溫燃料電池例如SOFC（固體氧化物燃料電池）卻具有能使一氧化碳用來發電的特徵。甲醇裂解也需要在300℃左右的高溫下進行，這樣就產生了一種新的可能性，就是將甲醇車載裂解成一氧化碳和氫氣，供高溫燃料電池如SOFC發電使用。顯然，這是與內燃機的甲醇裂解廢熱回收具有共性的技術。
行業內有一種觀點認爲，移動機械的節能減排重點將向商用車轉移，而燃料電池比較有前景的應用也是在商用車領域。如果上述燃料電池應用到重型商用車上，在技術上就會有兩個令人鼓舞的發現：甲醇燃料電池是甲醇重型發動機的技術換代；甲醇在線裂解是它們的共性技術。行業內已經在持續進行着這些方面的探索和實踐，期待着不斷取得工程成果，在市場應用上取得突破。
3.作爲燃料，在熱能領域的使用。
甲醇在熱力燃燒領域，如工業鍋爐、窯爐、民用取暖以及炊事竈具等方面已經形成規模，得到了比較廣泛的應用。目前，北方部分地區的建材燒製窯爐、菸草烤制窯爐、玻璃燒製窯爐、蔬菜大棚取暖等，已採用甲醇作爲燃料。特別是在窯爐方面，甲醇燃料正不斷取得推廣成果，得到市場的認可。甲醇燃料在冶金行業的使用上也取得了典型性成果，不僅綜合效益有明顯提升，而且排放指標得到明顯改善。
目前，我們看到的是甲醇作爲燃料在熱能領域是天然氣等的有益補充，但從更大的範圍思考，未嘗不是能源多元化的一個方向。因爲這個領域是能源消耗的主要方面，也是排放污染的主要方面，甲醇燃料可望大有作爲。
二、甲醇燃料在汽車推廣應用上已取得政策性成果
2009年工信部正式組織開展甲醇汽車摸底調研，2012年會同有關部委先後在山西、陝西、上海、甘肅和貴州等5省10市組織開展甲醇汽車試點工作。
通過6年的試點運行，工信部委託甲醇專家組在2018年3月完成了10個城市的甲醇汽車試點驗收工作，總結並提出在堅持能源稟賦和因地制宜的原則下，積極開展甲醇汽車推廣應用的結論性意見和報告。
2019年3月，工信部連同國家發改委、科技部、公安部等八部委，聯合發佈《關於在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》，預示着我國甲醇汽車開始由探索、試點進入了一個新的發展階段。
2020年進一步擴充了工信部甲醇專家組成員，囊括技術、產品、標準、體系、法規等各方面專家學者，成立了中國汽車工業協會標準法規工作委員會甲醇汽車專業委員會，制定了標準體系和工作規劃，並在實施過程中。
2021年，生態環境部正式打開公告申報端口，吉利等企業滿足國六排放標準的甲醇車輛開始投放市場，預示着甲醇汽車正式進入市場推廣階段。
這些在汽車領域所取得的政策性成果，有望在船舶、熱能動力以及工程機械、農業裝備等多個領域予以借鑑，從而推動甲醇燃料在更廣範圍內合規合法地有效使用。
三、在汽車上推廣應用甲醇燃料存在困難
1.甲醇車用燃料輸配體系建設難以落實。
我國汽柴油燃料供應與管理歸口商務部，氣體燃料如天然氣歸口住建部。甲醇屬於新型液體燃料，關於加註站的建設審批，在國家層面還沒有明確的主管部門對口管理，給甲醇汽車推廣應用帶來極大的困擾。甲醇資源豐富地區（如內蒙古鄂爾多斯、陝西榆林、新疆烏魯木齊和昌吉、青海格爾木等）對甲醇汽車市場需求很大，但是存在甲醇汽車無法應用落地的局面，需要國家加快對甲醇燃料輸配體系的統一規劃。
2.甲醇屬於危險品，運輸甲醇的貨車爲危險品運輸車輛。
在新疆、內蒙古、陝西等地區，採用甲醇貨車運輸甲醇等煤化工原料，需要按照危險貨物運輸車輛進行管理。按照《機動車運行安全技術條件》（GB 7258-2017）的標準規定，危險貨物運輸貨車燃油箱容積應小於等於400L。該法規通常適用的是以柴油爲燃料的危險貨物運輸貨車，對於氣體燃料車輛並不適用。甲醇爲醇醚類燃料，法規中未對甲醇燃料箱容積進行規定，影響了此類汽車的正常監管和使用。
四、推動甲醇燃料在汽車上的應用
針對甲醇汽車推廣過程中遇到的實際困難，建議國家給予大力支持，參照天然氣車用燃料管理方式推進產業發展。具體如下：
1.推進甲醇車用燃料加註體系建設。
（1）明確甲醇加註站建設歸口管理部門，通過包括立法在內的方式形成甲醇加註站規劃、審批、建設、驗收的標準化流程，爲後續國家落實甲醇汽車推廣應用提供可快速複製的模式。
（2）支持鼓勵汽柴油、LNG（液化天然氣）加註站改建或增加甲醇加註功能。
（3）因地制宜發展甲醇燃料加註體系，批准移動加註車、撬裝站、固定站等多種加註形式，滿足加註需求。
（4）明確甲醇價格管控體系，與天然氣建立價格聯動管理機制。
（5）甲醇加註站工程設計及施工要求納入GB 50156《汽車加油加氣加氫站建設規範》國家標準，統籌規範。
2.明確甲醇危險貨物運輸車輛甲醇燃料箱容積大小。
甲醇燃料熱值不到柴油的一半（甲醇爲15.50MJ/L，柴油爲35.3MJ/L），甲醇危險貨物運輸車輛需要與柴油車輛行駛同樣里程（800～1000km）折算甲醇燃料箱容積，以滿足車輛實際運行需要。
總而言之，甲醇作爲燃料不僅能夠減少碳排放，爲國家碳達峰戰略目標的實現作出貢獻；還能夠實現碳循環，爲國家碳中和戰略目標的實現提供支撐；更重要的是能爲國家能源安全提供保障，併爲終端消費者帶來實惠。因此，需要鼓勵社會各行業的首創精神和具體行動，持續加大資金投入以支撐基礎研究和工程應用，需要國家相關政策的有力支持並推動甲醇燃料在汽車上的應用。
（作者系中國汽車工程學會名譽理事長）
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