乙醇汽油是否正面临退场危机?

乙醇汽油的挑战与未来发展

一、乙醇汽油是否该退场了?

近期看到部分车主反馈乙醇汽油在使用过程中存在系列问题,发出乙醇汽油是否该退场了的疑问,主要槽点有如下几点:

一是油耗偏高,低温环境下这一现象更为显著;

二是冬季车辆启动困难;

三是长期使用可能导致发动机积碳、部件堵塞等问题。

还有腐蚀橡胶件,易分层挥发等缺点;与此同时,还有人反问:为何连首都北京都不使用乙醇汽油?

二、乙醇汽油推出的背景

针对上述大家提的疑问,我们不妨从其原理出发,分析判断是否会导致上述问题,同时也应该综合考虑其优点,这样才能全面判断回答上述疑问。

2.1为何推出乙醇汽油?

从巴西,美国等国推出乙醇汽油的初衷来看,最重要的原因是应对之前出现的石油危机,由于对外界石油的过度依赖,一旦被限制,就会给本国经济带来剧烈动荡,故两国着眼开展乙醇燃料的替代性研究实践。

当然还有一个重要的技术性原因是乙醇确实可以提升汽油的抗爆性,也即提升汽油的辛烷值,也就是我们所平常熟悉的牌号92#,95#,汽油机的通病就是气缸汽油容易爆燃,为了抑制汽油爆燃,人们不断尝试加入各种添加剂,加入过汞,四乙基铅,MMA,MTBE等添加剂,但是上述物质,除了乙醇外,其他添加剂均会对人体或生态环境产生危害,如四乙基铅燃烧释放铅颗粒,导致儿童智力发育障碍、成人神经系统损伤;MTBE难降解,美国加州等地因污染禁用。而乙醇燃烧后产物主要为二氧化碳,并且使产物中的一氧化碳,碳氢化合物等污染物的含量相较纯汽油均有所下降,不管对人体还是对环境的负面影响都最小。

同时,乙醇还可以通过粮食秸秆植物纤维素等发酵生产,属于可再生能源,可减少对石油燃料的过度依赖,所以美国,巴西等农业大国大量推广使用乙醇汽油。而中国,同样是石油消耗大国,也是进口大国,对石油燃料有着高强度的外部依赖,极易受到外域环境动荡影响,所以国家一直有着这种危机感,故近些年国家一直大力倡导乙醇汽油的推广使用。

2.2乙醇汽油的缺点

但是,我们在看到上述优点的同时,也不可避免看到,由于乙醇的本身物理特性与汽油的不同,暴露出内在的缺点:

a) 乙醇的热值相对汽油低,所以燃烧时产生的热量少,转化为机械能自然也少,这也是很多老司机诟病加乙醇汽油没劲儿的原因,需要踩更大油门,才能产生足够的输出功率,导致燃油消耗量高;

b) 乙醇易吸水,且挥发性强,需特殊容器保存,易分层,保质时间短;

c) 燃烧产物对部分旧车辆的金属组件或橡胶件具有腐蚀性,需适配耐乙醇的工艺或材料;

d) 乙醇的汽化潜热是汽油的2倍以上,低温环境需吸收更多热量汽化,冬天环境下乙醇汽油更难燃烧,造成车辆起动困难。

e) 乙醇加工成本高,增加用户使用成本,缺乏市场竞争力。

三、乙醇汽油是否面临着退场危机?

看到上述乙醇汽油如此多缺点,每一点都和用户息息相关,我们若不能妥善解决,则乙醇汽油的持续推广将难以维持,故乙醇汽油要持续长久发展,关键要解决如下两点:

1)解决乙醇原料供应问题:若原料无法持续供应,则相应的推广应用则无法长期持续;

2)解决乙醇汽油本身所存在的内在缺点:热值低,发动机起动困难,不易保存等缺点,若不能有效解决或弥补,则乙醇汽油则很难形成良好的市场反馈效应;

若把上述两个问题能够有效解决,就能使其具备可持续发展推广的基础。下面我们分别讨论下这两个条件是否具备。

3.1有无可持续发展的乙醇供应?

首先讨论下乙醇生产供应问题,中国能否有足够的生产潜力,以满足不断增长的需求?燃料乙醇现在的生产方式有如下几种:生物发酵法(占比70%~80%)和煤化工转化(占比10%~15%)生成以及其他工艺(糖蜜发酵、合成气发酵等,占比5%~10%

其中,生物发酵法包括:玉米基(60%~65%)、小麦基等粮食作物基,主要集中在东北,华北等产粮大区;而木薯基、纤维素基等非粮作物基主要集中在华东,西南、华南等地区;而煤化工合成法则主要集中在西北部的煤炭资源丰富区。详细分布组成见下表:

当然上图仅仅为当下各地区燃料乙醇的生产组成方式,通过上图能否预测未来中国是否有足够的潜力来应对增长需求呢?以粮食基为例,刚开始推广乙醇汽油时,会以消化玉米陈化粮为主,但在2007年国家就叫停了新建粮食基乙醇项目,严控玉米用于燃料,到2021年中央一号文件更是明确 "严格控制以玉米为原料的燃料乙醇加工",可见陈化粮已经消化差不多,单单靠粮食增产,肯定不能应对日益增多的乙醇需求,尤其对于对于东北华北地区,未来是否有足够的增长潜力呢?

在回答上述问题之前,我们首先看下近些年乙醇汽油在我国的发展趋势,如下图所示,从 2001年中国试点起步推广,到2005年~2016年稳步推广,并在2017年发文《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》加速扩张,截止到2025年,已经覆盖了26省,年消费量达到约4000万吨,占汽油消费的 40-42%。

虽然从2020年后,乙醇汽油年增长率有所下降,但乙醇汽油的消费量一直保持持续的增长,并没有下降的趋势。那么这背后大力发展的原因是什么呢?

背后的原因便是中国一直在大力布局增加非粮基乙醇的生产,如下图所示为2005年到2025年,燃料乙醇的生产原料情况粮食基与非粮食基乙醇逐年占比演变图,

从图中可以看出虽然近几年“粮基乙醇”的发展速度明显放缓,而“非粮基乙醇及煤制乙醇”等的占比却日渐增多,从而达到在粮基乙醇发展饱和的前提下,总量仍然持续增多从而满足日益增多的需求。当然“非粮基乙醇及煤制乙醇”的比例日渐增多这背后也有多方面的因素影响:

1、政策引导:从 "粮食优先" 到 "非粮为主"

早期,国家鼓励利用陈化粮生产,但如今,中国本身已从净玉米出口国变为纯进口国,2025 年上半年就进口 7800 万吨玉米,可见以玉米生产乙醇方式已经不能大量持续。国家战略目标定位燃料乙醇发展必须服务国家粮食安全大局,优先满足食用和饲用,所以各地区针对非粮乙醇的补贴力度逐渐增加。

2、技术突破破推动非粮原料应用

非粮食基乙醇生产技术日渐发展成熟,如纤维素乙醇技术,已经使其转化率从2018年的18%提升至2025年的25%,且生产成本较2019年降低40%;在华南,西南地区发展的以木薯基类加工乙醇生产技术也快速发展;并且新型煤炭基转化、工业尾气制乙醇等技术也产业化规模化利用,都增加了非粮食基乙醇的产量和份额。

3、原料生产多元化发展

国家大力鼓励建立原料多元化生产基地,如鼓励推广种植木薯、甜高粱等非粮作物;支持利用农林废弃物生产纤维素乙醇等;开发耐盐碱植物,利用边际土地种植能源作物。

并且,对于有条件地区,可利用边境优势大力进口原材料,如在西南地区,从越南老挝等地区进口木薯;在华南地区,进口糖蜜等。

从上文可以看出,中国燃料乙醇生产和消费均在不断增长,且随着技术的不断迭代发展,其原料结构正经历从 "粮食主导"(2007 年峰值 86%) 向"多元发展"的战略性转变,预计2030 年非粮基将占主导 (60-70%),使乙醇供应保障的稳健度进一步提升,同时成本也会不断的下降,使之相对纯汽油将会愈加有优势。

故,从目前原料供应趋势来看,乙醇汽油的原料供应将会是充足且愈加多元,成本也会逐渐的降低。

3.2 乙醇汽油机的内在缺点如何解决

上章提到乙醇汽油的几个缺点:热值低,耗油量增加,燃烧产物腐蚀性,冬天起动难等问题,如果不能有效解决,那么乙醇汽油的采用也将大大增加用户的使用成本和代价,用户的使用积极性会大大降低,难以大范围推广。不过大家的这些担心,也是中国的科技工作者们已经解决或正在攻关解决的问题。下面针对大家比较关注的关于乙醇汽油的几个缺点,进行举例说明(产业界和科技工作者已经采取的针对性解决方案):

1)热值低问题

汽油的热值是乙醇的1.5倍,这种物理特性无法改变,但是工程师们已经采取了多种方式来弥补这种热值降低的影响,主要有几种方式:

a) 改变发动机的工作方式,如:增加压缩比:从普通汽油的9~10,提升到12~15,使混合燃烧效率更高,弥补热值低的损失;喷油系统优化:增加喷油量,采用高压直喷技术等;点火系统调整,点火提前角提前2~5°,适应乙醇燃烧慢的特性,使燃烧效率更高。

b) 乙醇燃料配方升级:使用高热值添加剂,醚化技术以及多元复合添加剂等方式。从而达到提升热值,降低油耗的目的。

c) 燃烧优化:进气增压技术以及智能燃油管理。

2)乙醇本身或然燃烧产物腐蚀问题

乙醇汽油本身或其燃烧产物会对金属组件产生腐蚀,对橡胶等组件产生溶胀腐蚀。在乙醇汽油刚开始推广时,就已经发现此问题,科学家们已经试验并工程实践了多种措施来解决此问题:

针对金属组件腐蚀问题,可采取经过特殊防腐蚀工艺处理的金属,如更换耐腐蚀材料,采用镀铬活塞环,增加激光熔覆表面处理等;

在燃料中添加金属腐蚀抑制剂;

针对乙醇或其燃烧产物对橡胶组件,塑料组件,树脂类组件等产生腐蚀溶胀等影响,可通过燃油系统橡胶材质更换,增加内衬,优化生产工艺,添加抗溶胀添加剂等方式解决。

3)起动困难问题

汽油由于汽化潜热高,汽化速度相对汽油较慢,尤其会导致冬天起动困难,不过现在这种痛点,工程师们已经从发动机本身及燃料优化方面予以解决,在中国最寒冷的东北三省,乙醇汽油基本做到了全域覆盖

a)针对发动机: 采用燃油预热技术,进气预热方案从而增加燃料的汽化速度;

采用智能控制系统:乙醇含量自适应,双燃料起动系统;

b)针对燃料优化:   对乙醇比例进行适应性调整:在冬天调低比例,使用E5~E10,夏季使用E10~E15,添加低温起动添加剂。

4)难以长时间保存问题

乙醇汽油由于易挥发且易吸水等特性,时间长易变质,现在工程师们通过如下方式解决:

a)添加剂技术:

添加专用稳定剂 (如 Methanol-100),保质期从30天延长至90天,但成本确实会有一定增加;加入微量水分吸附剂,抑制相分离,保持油品稳定性

b)储运优化:

加油站储罐加装干燥呼吸器,减少水分渗入;

车辆长期停放前添加稳定剂,或使用 E5 低比例乙醇汽油延长保质期

需要强调说明的是:上述针对乙醇汽油的缺点解决方案不仅局限在实验室,而是已经走向大规模商业化,国内主流车企也全面适配乙醇汽油,中石油、中石化开发的专用添加剂市场覆盖率超90%;东北等严寒地区已建立完整的冬季保障体系。

综上,乙醇汽油的使用缺点问题,已经不同程度上进行了解决或缓解,针对文章开头一些司机反馈的问题,很可能是型号老或年代比较长的车型,现在国内主流车企车型已经全面适配乙醇汽油,大大增加了乙醇汽油的适应性,使之和纯汽油使用更融合和一致。从这一点看,乙醇汽油的推广中重要的发动机适配”难题,也基本解决,并在不断优化;其应用前景也必将不断扩展。

四、总结

经过上述章节可见,乙醇汽油不仅不会退出市场,反而会随着技术的不断更新迭代,使其生产和使用成本逐渐降低,会在更多地区推广使用。于国家,可降低对外部石油的依赖,增强在未来新能源领域的话语权;于我们个人,可以会越来越享受到更加廉价清洁的燃料,选择更加多样化。

五、解答疑问:北京地区为何没大规模推广乙醇汽油?

虽然在2018年8月份,国务院就决定在北京等地区推广使用乙醇汽油,但是北京到现在都没有大规模推广,并不是因为乙醇汽油不好,或者北京不重视环保,恰恰相反,北京地区是全国重点环境治理区域。那么北京为何没大规模推广呢?主要是基于以下几个原因:

1)北京自 2019 年起执行 “京六标准”(相当于国六B),其汽油要求比乙醇汽油要求更严格,如其硫含量(≤10ppm)仅为乙醇汽油国家标准(≤50ppm)的 1/5,烯烃含量(≤15%)比乙醇汽油低 37.5%等,比普通乙醇汽油更清洁。清华大学测试显示,京六 B 汽油可使 PM2.5 排放较乙醇汽油降低 22%,氮氧化物减排 11%这种 “源头控制” 策略环保策略比乙醇汽油的 “过程治理” 更直接有效。

2)直接能源转型选用电车,北京现在大力推广电车,扩展电车相关基础设施建设。北京现在机动车保有量 794.3 万辆 (2025 年 4 月),推广乙醇汽油仅相当于减少 300 万辆排放,而新能源车替代更彻底。

3) 经济与基础设施考虑:采用乙醇汽油需要同时采取防腐蚀罐,管路及加油枪等设施,北京现有加油站1200余座,改造成本巨大,且这一巨额投资与北京能源战略转型方向不符,经济性欠佳。北京非乙醇原料产地,乙醇原料运输及存储时效要求高,供应链不稳定度增加;

4)风险控制:乙醇汽油的缺点里程低,油耗高,续航里程减少,增加管理风险。耗油量升高,大约有15%左右,也即使车行程减少80-90公里,而北京平均每天出行里程也有50公里,这将使加油站的负载急剧增加,增大城市管理成本。

综上,北京无大规模推广“乙醇汽油”,是多重因素综合作用的结果,体现了首都在能源政策上的审慎与前瞻。相比简单跟随全国推广,北京选择了更适合自身定位的清洁燃料发展路径。

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