替代燃料：如何替代石油依赖
信息来源：本站 发布时间：2012-09-19
全球经济危机的阴霾挥之不去，国际油价跌宕起伏，由此引发的环境问题和能源安全问题让人堪忧。在此背景下，各个国家纷纷把注意力投向了减少化石能源消耗、发展替代能源上，加快了发展替代燃料的步伐。
早在1994年，诺贝尔化学奖获得者、南加州大学George A. Olah教授就说：“世界人口在不断增加，日益增加的能耗和有限的不可再生的化石燃料资源的日趋减少不可避免地会产生矛盾。在21世纪，我们必须拿出新的解决方案来维持工业化国家已达到的水平和不发达国家要努力达到的水平。”
替代燃料作为石油替代品和可再生资源正是各国关注的一种新的解决方案。它清洁可靠、价格实惠，如果能够得到充分的发展，广泛应用于交通运输领域，将会大大减轻油价带来的压力，也对环境的优化起到积极作用。
降低对石油的依赖，实现人类的可持续发展，替代燃料无疑是一种极为现实的选择。但需要理性思考的是，限于国情和发展的历史阶段性，这种替代之路注定不可能一蹴而就。
9月10日晚，家住广东省广州市的李先生连夜赶往附近的加油站排队。他要赶在零点之前把自家的油箱填满。面对年内油价的第四次上调，李先生已经习惯了，只是连夜排队仍让他觉得疲惫不堪。
不只是李先生，受油价影响至深的能源行业在几番动荡之后，也显得有些疲惫。
是油气行业生病了吗？为什么油价对我们影响这么大？
这是因为我们罹患了严重的石油依赖症。
经济与石油
1859年8月，当美国宾夕法尼亚州的工人在烈日下肆意挥洒汗水时，谁也不会想到，打出来的这口油井开启了一个全新的时代，宣告了现代石油工业的诞生。从此，人类进入了石油时代。
但是，人类也逐步进入了极度依赖石油的时代。如今，石油已不仅仅是能源，更是与人类命运紧密相连的“血液”。我们吃的、穿的、用的都与石油息息相关。运输更不用说，地上跑的、海里游的、天上飞的，哪一个能离开石油呢？“全球化”如果没有石油支撑将不可想象。
而随着人类社会的发展，经济发展所需，对石油的依赖更是有增无减。IEA对石油未来需求做出两项预测，一是全球石油需求将从2010年的每天8700万桶增加至2035年的每天9900万桶；二是全球用于购买石油的成本将不断攀升。
可石油的蕴藏量并不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大。2004年，英国石油公司(BP)首席执行官约翰·布朗就预测说，世界石油储量只够用40年。我们无法想象，在对石油如此强烈的依赖下，如何在石油枯竭的世界里生存。而且，石油在各个地区的分布很不均匀，这也成为各个国家能源合作和矛盾的导火索。
我国在改革开放后，能源需求与消费激增。然而，我国能源资源一个重要特点是“多煤缺油少气”，是世界上唯一以煤为主的能源消费大国。如何掌握保障石油的稳定供应，构建能源安全，已经成为国家发展战略的重中之重。而能源资源结构短期内难以改变，人口增加和经济发展仍会持续，必将不断扩大能源需求。再加上我国的石油产量不足以满足日益增加的石油需求，为此，对石油进口的依赖仍会不断加剧。IEA提供的数据表明，中国从2005年的39.6%爬升至2011年的56.5%。中国科学院能源与环境政策研究中心预测，2020年我国石油需求将达到5.7亿~6.2亿吨，净进口量还将继续增加，石油对外依存度将达到65%~70%。据IEA估计，到2035年，我国85%所消费的原油和50%的天然气都要依赖进口。
对石油的依赖还有不断上升的风险。美国能源安全理事会高级顾问Gal Luft说，中国机动车增长率很快，很快会超过美国，但中国人均机动车拥有量还很低，将来还有石油进口的巨大潜在需求。
“我们的石油消费量是直线上升的，年平均增速是11%，但自身产量却非常有限，产量增速只有2%，本土供给缺口越来越大。”中国科学院能源与环境政策研究中心主任范英表示，目前我国石油探明储量非常稳定，储量只够我国消费10年。
石油对外依赖给我国经济运行带来不可确定的风险。虽然在2000年之后，我国加快了对海外石油资源开发的投资速度，但是从目前看，我国获取海外石油主要集中在中东、北非等政局动荡的地区。
如此看来，愈发强烈的石油依赖症极大地威胁我国的能源安全。
替代与时间
了解了病状，就要下手治疗。
解决石油依赖该从哪里下手？全国政协常委、经济委员会副主任,国家发改委原副主任、国家能源局原局长张国宝提议“加快石油替代产业的研究和部署，减少石油在交通运输上的使用”。
之所以要从交通运输领域下手，是因为这个领域是名副其实的“用油大户”。目前世界汽车保有量约8亿辆，预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆。IEA的统计数据表明，2001年全球57%的石油消费在交通领域，预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。如果这个领域对石油依赖有所减轻，那么石油依赖的“病情”将会得到控制。
这样一来，就需要我们积极寻找和发展替代燃料。
如今，碳基燃料在交通领域占据统治性的地位，要想解决石油依赖，我们就要把碳基燃料在此领域拉下“神坛”。
Gal Luft说，我们要努力做的就是把石油“变”成像盐一样的货品。古时候，盐跟石油一样，价格高昂，因为它是保存食物的唯一方式，在防腐界占据垄断地位。但是自从冰箱和其它保鲜技术出现后，盐不再是那么高高在上的货品，人们对它也不像以前那么依赖了。石油也应如此。要想降低对石油的依赖，就应该寻找各种有竞争力的替代者和促进技术的更新。
美国全球安全分析研究所所长Anne Korin建议，必须打开燃料市场，产生燃料竞争。她打了一个这样的比方，好比你每天早上必须得喝一杯咖啡才能进入状态，咖啡太苦你喝不下去，此时只有牛奶作为咖啡的调味剂。这样一来，无论牛奶是涨到6美元一罐还是60美元一罐，你都得买，因为你没有其他选择。如果有其它更便宜更实惠的替代品，如豆奶，你的选择余地就大了，也不必受牛奶的限制。燃料市场也一样，我们现在被油价牵着鼻子走，只因为现在石油是我们交通工具唯一的燃料，如果能有替代燃料与之竞争，那么消费者就可以根据实际情况，选择适合的燃料。Anne Korin还认为，发展灵活燃料汽车也会是打破碳基燃料垄断的一个有效的办法。
对于降低石油依赖度，中国社会科学院世界经济与政治研究所研究员沈骥如认为，从长远来说，就是要发展不使用汽油、柴油的交通工具，如电动汽车。但这需要一个相当长的过渡期。在这个过渡期内，我们离不开石油燃料。
现实与未来
发展替代燃料，我们并不是一穷二白，从头摸索起的。在这个领域，国内外已经有了一些成功的经验，可供借鉴。
巴西用甘蔗开发乙醇汽油在国际上一直备受关注。作为世界上最大的甘蔗种植国，巴西每年甘蔗产量的一半用来生产白糖，另一半用来生产乙醇，代替汽油作为机动车的燃料。
巴西1975年启动乙醇燃料发展计划，政府通过补贴、设置配额、统购乙醇燃料、调整价格以及行政干预等手段，鼓励民众使用乙醇燃料，并帮助企业从世界银行等国际金融机构获取贷款。政府还要求在人口超过1500人的城镇中，加油站必须安装乙醇加油泵。汽油中添加乙醇燃料的比例也以法律形式确定。
在政府扶持下，巴西石油公司、圣保罗州蔗糖技术中心等机构一直在开展致力于提高乙醇生产效率的项目，包括研究各种甘蔗的基因及萃取技术。20世纪80年代中期，乙醇燃料的利用在巴西达到一个高峰。当时巴西每年生产的80万辆汽车中，四分之三以上使用乙醇燃料发动机。
其后10余年里，由于巴西国内政治环境发生变化，国际市场上石油价格下跌，巴西国内乙醇燃料供应量急剧萎缩，但一些有远见的巴西企业和机构从未停止对替代能源的研发工作。进入21世纪后，巴西乙醇的生产效率翻了三番，生产成本从每升0.6美元降至0.2美元左右，加上国际油价走高，乙醇燃料在巴西的再度推广上变得可行。
2003年，大众汽车(巴西)公司推出了首款“灵活燃料”汽车，可同时使用乙醇燃料和汽油，大获成功。包括通用和福特在内的其他汽车生产商也如法炮制。巴西政府还规定购买“灵活燃料”汽车可以减税，以充抵“灵活燃料”汽车因安装用于识别乙醇和汽油配比装置而增加的成本。目前，巴西销售的新车一半以上是这种汽车，而且巴西的乙醇燃料在价格上已具有竞争性。这大大减少了国际油价对巴西的束缚，有效保障了能源安全。
我国在甲醇燃料的研究领域，也有不俗的成绩。我国对甲醇燃料的研究已有20多年的时间。甲醇燃料来源于煤、天然气、焦炉气、煤层气，其中，煤是甲醇的第一主原料。作为煤炭资源大省，山西具有低成本生产燃料甲醇得天独厚的资源优势。此外，山西省机动车已超过100万辆，是汽车运输大省。发展甲醇这样的替代能源，不仅可以促进全省经济发展，也能与产业结构调整相契合，缓解油品紧缺给山西经济发展带来的压力。更重要的是，甲醇燃料的清洁环保功能将使得山西这一环境污染大省从中大大获益。因此，在国家主导下，山西率先进入燃料甲醇与甲醇汽车研发领域。这一次，山西走在了燃油革命的前沿。
其实，早在1982年，山西就前瞻性地注意到了甲醇燃料和甲醇汽车独特的经济、环保价值，并决定将其作为实现煤炭综合利用的一种方向。1983年，山西开始在载货车上掺烧M15(甲醇与汽油的比例为15∶85)的甲醇汽油示范项目。1996年，山西省与美国福特汽车公司在灵活燃料汽车合作项目上达成了意向，福特汽车公司曾赠给山西一台灵活燃料发动机。利用这台发动机，三晋人制造了中国第一辆甲醇型灵活燃料汽车，并起了个响亮的名字——“中国一号”。这辆动力、环保等性能优异的汽车，吹响了山西大规模研究、开发利用甲醇汽油的号角。1997年，山西省建立了洁净燃料汽车示范车队，共有55辆甲醇中巴车。2002年，太原、阳泉、临汾、晋城4个市开始推广甲醇汽油。2004年下半年，甲醇汽油的推广范围扩大到全省11个地级市。2007年年底，全省共有260辆中巴汽车参与甲醇汽油使用的示范工作，全省累计销售甲醇汽油50余万吨，使用过甲醇汽油的车辆已有4000万车次。山西，这一在国内第一家研发成功较好的替代能源和清洁能源——甲醇汽油的省份，就这样引领甲醇燃料领域走过了风风雨雨20多个春秋。
朗朗晴空不是梦，碧波万里在眼前。替代燃料的种类很多，前景十分广阔，让我们期待它、关注它，让它成为缓解石油依赖的一剂良药让它成为低碳经济的催化剂、能源安全的维护者。
我国车用替代燃料发展状况与前景
近年来，传统能源供应趋紧、温室气体减排压力不断增大，发展替代能源已成为世界共识。大力发展替代能源、改善能源结构已成为保障我国能源安全的必然选择。特别是交通部门在今后是能源需求增长最快的领域之一，发展车用替代燃料是推进能源替代工程的重要组成部分。
我国车用替代燃料发展状况
(1)天然气汽车进入快速发展期。截至2007年年底，全国已有30个省(市、自治区)的80多个城市推广天然气汽车，建成天然气站555座，主要集中在气源地附近。目前，我国已初步建立了完整的天然气汽车产业链，2007年全国天然气汽车产量达到5.7万辆，尾气排放已达欧Ⅲ标准。
(2)煤基合成燃料开发取得进展，但仍然面临环境威胁和技术瓶颈等制约因素。我国已形成比较成熟的煤制甲醇和二甲醚生产技术，也在部分地区开展了车用甲醇示范工作，已开始了二甲醚车示范运行，但分别由于环境风险和发动机燃料供给储运技术障碍而难以实现大规模推广。煤制油技术示范项目建设正在稳步推进。
(3)新能源汽车开发进展加快，但与实现产业化有一定距离。2008年北京奥运会期间，我国汽车企业和科研机构提供了自主研发的一批电池汽车、混合动力客车/轿车、燃料电池轿车等各种新能源汽车为奥运会服务。但是，目前我国新能源汽车发展还存在着技术成熟度不够、关键零部件配套缺乏、可靠性和生产一致性差、市场导入期的成本较高等障碍，使得新能源汽车距离规模化量产和广泛使用尚有一定距离。
我国车用替代燃料发展前景
总体来看，我国车用替代燃料仍处于早期发展阶段，正在政策扶持下推进产业化发展进程，已呈现出发展进程逐步加快、技术路径多元化、市场份额持续扩大的趋势。
(1)多元化发展是我国车用替代燃料开发进程的必然路径。从资源保障能力上看，目前非常规石油资源、生物质资源、煤炭资源都有规模化开发潜力；从技术角度看，非粮生物质液体燃料、煤基液体燃料、新能源汽车等，都还有待于加快产业化发展、明显提高和充分展示能源环境效益；从经济性上看，大多数石油替代能源的生产成本目前既未达到能与常规石油燃料展开大规模竞争的水平，也不具备足够抵御国际油价宽幅震荡所导致的市场风险的能力。因此，多元化发展将是我国车用燃料替代战略进程的必然路径。
(2)煤基合成燃料将成为重要替代燃料技术储备，以保障液体燃料供应安全。在相当长的一段时间里，煤炭将是我国经济发展所依靠的基础能源；开发应用煤基替代燃料将是较长一段时间内发展替代燃料的重要技术选项。
(3)新能源汽车的产业化进程将加快，并率先在公共部门、公交和特殊领域实现应用。在示范车辆和基础设施的带动下，我国新能源汽车的产业化和商业化发展进程可望进一步加快。
主要替代燃料发展现状
醇类燃料
醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。醇类燃料的资源比较丰富，可以从各种原料中提取。如甲醇可从天然气、煤、木材等物质中制取。乙醇可以从玉米、甜菜等农作物中制取。而且醇类燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低、着火极限宽等特点。作为车用燃料，醇类燃料自身含氧，在发动机燃烧中可提高氧燃比，CO和HC的排放较汽车和柴油低，几乎无碳烟排放；另外，由于汽化潜热大，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温度低，对NOx的生成有抑制作用。
甲醇：在我国，煤炭作为制取甲醇燃料的物质之一，其储藏量非常丰富。因此，这就决定了今后一段时间内我国的能源消费结构仍将以煤为主。所以，立足国内的煤炭资源，以甲醇为替代燃料，弥补石油供应量不足，是非常重要的措施。像我国的山西省没有油田，而这个地区煤的储藏量非常大，所以山西省是我国煤制甲醇工业比较发达的地区，也是我国使用甲醇燃料最多的地区。甲醇燃料会产生有毒的醛类，甲醇对人体毒性较大，对金属有腐蚀作用，对橡胶皮革有溶胀作用，会使塑料提早老化。这些缺点使甲醇在实际应用中受到了较大限制。因此，甲醇改质重整又是燃料电池的一个重要方案。
乙醇：我国作为农业国家，随着粮食的丰收，已出现了陈化粮长期库存积压的情况，仅玉米库存就有几千亿斤，尤其黑龙江、吉林、河南等产粮大省库存积压量大。因此，以农作物为原料生产乙醇作为替代能源，缓解我国石油紧缺的矛盾，也是非常可行的举措。2001年我国制定了乙醇燃料发展计划，确定在黑龙江、吉林和河南三省设立燃料乙醇试点项目，并开始推广含10%乙醇的车用乙醇汽油的混合燃料。当然，低比例掺醇燃料虽然使用方便，不需对传统发动机进行改动，但它对缓解我国越来越严重的能源不足的压力所起作用较小。要从根本上解决能源紧缺问题，应研究高比例掺醇汽油，乃至纯醇燃料的应用。乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上。它在柴油机上的应用要远逊于汽油机，主要原因是柴油与乙醇不能互溶，掺烧困难。此外，乙醇燃料十六烷值低，在柴油机上需要柴油引燃或点火塞点燃。要对燃烧系统做较大改动。目前，国内外有关机构正在研制帮助乙醇与柴油互溶的助溶剂，生成柴油醇，这样可以在发动机不做改动或是很少改动的情况下使用柴油醇燃料，满足发动机经济性、动力性和环保的要求。柴油醇在发动机上的应用具有很大的潜力。
天然气(NG)和液化石油气(LPG)
天然气是各种替代燃料中最早广泛使用的一种。
压缩天然气汽车：目前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。压缩天然气与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的压缩天然气供给装置。发动机可分别使用压缩天然气和汽油作为燃料，两种燃料的转换利用选择开关实现。由于发动机结构未做改动，当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车功率下降。
液化天然气汽车：由于液化天然气对贮存技术要求较高，使得贮存容器的成本高，这在一定程度上限制了液化天然气汽车的发展。但由于液化天然气在贮存能量密度、汽车续驶里程、贮存容器压力等方面均优于压缩天然气，能解决压缩天然气汽车所存在的一些问题，所以液化天然气作为天然气的使用方式之一，是今后的重点发展方向。
液化石油气价格便宜、容易液化、贮存和使用方便，其配套设施如加气站等的建设费用也比较低。所以液化石油气作为车用替代燃料，近年来发展较快。我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方面。油田的液化石油气是在伴生气的处理过程中轻烃产品。油田的液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，其内不含烯烃，所以适于直接做车用燃料。石油炼厂的液化石油气是在石油的催化裂化和延迟焦化炼油过程中产生的，主要成分为丙烷、丁烷和少量烯烃等。石油炼厂的液化石油气内含有大量的烯烃。烯烃为不饱和烃，燃烧后结胶，积炭严重。所以这种产品不适于直接做车用燃料。液化石油气具有抗爆性能高、排放污染小、能量高、便于携带等优点。
二甲醚
二甲醚用作汽车能源，来源比较丰富。二甲醚可用天然气、煤、石油焦炭或生物质为原料制取。目前基本上采用二步法工艺生产，即首先让天然气或煤等原料变成合成气(H2、CO、CO2)，进一步转变成甲醇，最后经脱水变成二甲醚。二甲醚是一种含氧燃料，无毒性，常温常压下为气态，常温时可在五个大气压下液化。二甲醚的十六烷值大于55，具有优良的压燃性，非常适合于压燃式发动机，用作柴油机的替代燃料。国内外相关研究表明燃用二甲醚燃料的发动机，在对原柴油机的燃油系统进行必要改造后，在保持原柴油机高热效率的前提下，可使氮氧化物有大幅度降低，碳烟排放为零，发动机燃烧噪声可降低10dB(A)左右，使发动机氮氧化物、微粒、一氧化碳等有害排放具有达到超低排放标准的潜力。这显示了二甲醚燃料可十分理想地作为洁净代用燃料，实现柴油机汽车高效率、低噪声、超低排放的前景。近年来，国外已成功开发了以天然气为原料产生合成气，由合成气一步法高效制备二甲醚的工艺，大大降低了二甲醚的生产成本，为二甲醚的大面积推广使用打下了坚实的基础。
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