朱佳隆 華琰 王忠

摘 要：運(yùn)用低碳燃料甲醇替代汽油和柴油有助于降低CO2、CO和總碳?xì)渑欧?。通過建立發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇理論減排模型，預(yù)測(cè)了未來5年中國(guó)燃用甲醇替代汽油/柴油的CO2新增排放。結(jié)果表明，甲醇以10～20%的替代率將降低4.1～8.3%的CO2新增年排放。

關(guān)鍵詞：甲醇; 發(fā)動(dòng)機(jī); 二氧化碳

中圖分類號(hào)：U464.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2021）7-184-002

1.國(guó)家減碳戰(zhàn)略及政策

黨的十九屆五中全會(huì)上對(duì)能源發(fā)展提出戰(zhàn)略目標(biāo)，中國(guó)在聯(lián)合國(guó)會(huì)議上提出“努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。目前我國(guó)碳排放仍然處于高位階段，超過85%的碳排放來自于能源活動(dòng)。2020年末，我國(guó)非化石能源比重約15%，化石能源占比依然很高[1]，而內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力消耗了三分之二的石油。2020年我國(guó)全年原油凈進(jìn)口量達(dá)5.42億噸，原油依存度進(jìn)一步升至73.5%，成為威脅經(jīng)濟(jì)建設(shè)和能源安全的不穩(wěn)定因素[2]。

相較于化石能源，甲醇具有三大優(yōu)勢(shì)。第一，保障能源安全。我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，而甲醇主要來源于煤，2018年煤制甲醇4334萬噸，約占總產(chǎn)量的67%。第二，經(jīng)濟(jì)性好。煤制甲醇工藝對(duì)煤品類的要求不高，而煤的多聯(lián)產(chǎn)進(jìn)一步降低了甲醇的生產(chǎn)成本，使得甲醇的售價(jià)（約2元/升）遠(yuǎn)低于汽油（約6.5元/升）和柴油（約6.2元/升）。第三，低碳環(huán)保。根據(jù)姚春德院士[3]的判斷，完全燃燒1kg甲醇的碳排放約為相同質(zhì)量柴油的40～45%。因此，為了保障能源安全并兌現(xiàn)碳中和的承諾，發(fā)展甲醇經(jīng)濟(jì)是重要的能源取向[4]。2019年八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于在部分地區(qū)開展甲醇汽車應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，借助國(guó)家政策推動(dòng)甲醇汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇理論減排效果預(yù)測(cè)

2020年中國(guó)汽車總銷量為2513萬輛，其中乘用車2017.8萬輛，商用車513.3萬輛，新能源車136.7萬輛[5]。將新能源車輛、油耗分布和年行駛里程進(jìn)行簡(jiǎn)化，如表1所示。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程，完全燃燒1kg汽油釋放2.27kgCO2，根據(jù)C12H26+31.5O2=12CO2+13H2O，完全燃燒1kg柴油釋放3.16kgCO2。根據(jù)CH3OH+1.5O2=CO2+2H2O，完全燃燒1kg甲醇釋放1.375kgCO2。

根據(jù)柴油、汽油和甲醇的理化性質(zhì)，如表2所示。綜合考慮甲醇的熱值和燃燒熱效率，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中替代比約為1.3～1.5[6]，即取1.5kg的甲醇替換1kg的汽油，1.3kg的甲醇替換1kg的柴油。

結(jié)合汽車數(shù)量、平均油耗、行駛里程和單位燃料碳排放量數(shù)據(jù)，估算我國(guó)2020年發(fā)動(dòng)機(jī)燃用柴油和汽油的CO2新增排放總量，并以10%甲醇替代率（M10）作為對(duì)比方案，結(jié)果如圖1所示。甲醇替代10%將4.9億噸CO2排放總量降低至4.7億噸，降幅為4.1%。

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，2021年中國(guó)汽車銷量有望超過2600萬輛，同比增長(zhǎng)4%。以4%作為未來5年中國(guó)汽車銷量的平均增速，以2%作為甲醇替代率的增長(zhǎng)速率，預(yù)測(cè)中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇混合燃料的CO2新增排放總量，如圖2所示。隨著甲醇替代率的增大，2025年CO2新增排放總量較無甲醇替代降低8.3%。

3.結(jié)論

在國(guó)家減碳戰(zhàn)略的背景下，甲醇以保障能源安全、經(jīng)濟(jì)性好和低碳環(huán)保的特點(diǎn)替代汽油和柴油，這將大量減少CO2排放。運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇理論減排模型，預(yù)測(cè)2021～2025年，甲醇以10～20%的替代率降低4.1～8.3%的CO2新增年排放。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51776089）

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