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一、來自發展甲醇經濟背景的啟示:
2006年,諾貝爾化學獎得主喬治 A·奧拉(George A.Olah)與美國南加州大學教授G.K.蘇耶.普拉卡西(G.K.Surya Prakash)、阿蘭.戈佩特(Alain Goeppert)聯合編著《跨越油氣時代:甲醇經濟》,提出解決能源問題新概念,應對油氣時代過后能源問題,給出了一條解決途徑。2007年,該書中文版在我國出版發行,促進我國早期開展甲醇燃料應用基礎研究工作和甲醇汽車應用研究工作的加速進行。
2012年1月,工信部以專家調研和試驗驗證結論為基礎,發布了《關于開展甲醇汽車試點工作的通知》文件(工信部節【2012】42號),在山西、上海、陜西、甘肅和貴州五省市,選擇不同維度、不同經度、不同海拔高度的10個城市,調集不同數量的甲醇乘用車、甲醇微型車、甲醇單通道公交車、采用柴油/甲醇二元燃燒技術的重型商用車,組織開展規?;虡I運行試點工作。
2019年,工業和信息化部、發展改革委、科技部、公安部、生態環境部、交通運輸部、衛生健康委、市場監管總局八部委,聯合發布《關于在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》文件(工信部聯節【2019】61號),標志著我國甲醇汽車試點工作圓滿結束,推廣應用工作全面展開。
2019年,瑞典隆德大學的Sebastian Verhelst,英國巴斯大學的James WG Turner,比利時根特大學的Louis Sileghemb 和Jeroen Vancoillie聯合發表在《Progress in Energy and Combustion Science》的《Methanol as a fuel for internal combustion engines(甲醇內燃機燃料)》論文,系統地闡述了甲醇作為內燃機燃料應用的可能和技術路徑。
2020年10月,我國首臺套“液態太陽燃料合成示范項目”在蘭州新區落成,科技成果鑒定委員會專家一致認為:液態太陽燃料合成示范項目,集成創新了液態太陽燃料合成全流程工藝裝置,具有完全自主知識產權,整體技術處于國際前沿。
2021年,國際可再生能源署同全球甲醇行業協會聯合編撰的《可再生甲醇:創新展望》研究報告(英文版)全球發布。
二、強化液態太陽燃料制備 催生新能源動力成長
進入本世紀以來,甲醇、甲醇燃料、可再生甲醇、液態陽光甲醇、可再生能源、電制燃料等名詞,在全球能源和交通運輸領域頻繁地被提出,被能源制備端和能源應用端高頻率使用。
“十三五”期末,工信部等八部委開啟了甲醇汽車推廣應用工作。中國科學院“液態太陽燃料合成示范項目”通過驗收。由此完成了我國可再生能源制備和能源應用兩端產業鏈建設的基礎。具備了將甲醇納入能源體系,以此提高能源安全系數的保障基礎。完成了發展我國甲醇經濟的產業準備。
筆者認為,推廣甲醇燃料應用,應從保障能源安全;實現環境友好;促進交通運輸領域高質量轉型發展;為“雙碳”目標貢獻所為四個維度出發。首先鼓勵發展液態陽光可再生甲醇,對可再生甲醇制備項目,在政策上給予支持和扶植,包括金融支持。
對甲醇燃料應用端,應從三個方面給予支持。一是將甲醇納入能源體系,政策待遇按天然氣能源推廣政策對待;二是將甲醇汽車給予新能源汽車定義,并按新能源汽車統籌管理和市場運行待遇;三是在國家“十四五”科技發展規劃和年度科技基礎研究項目中,增加甲醇燃料基礎燃燒技術、低摩擦技術和綜合熱效率技術、船舶動力適應性應用四個方面的科技支持專項,確保我國甲醇燃料應用領域,繼續保持國際領先前沿地位。
在過去的工作崗位上,筆者曾經提出了“傳統能源汽車和電動汽車,是實現我國能源安全和環境友好的‘兩個輪子’,二者必須協同協調發展”的觀點。參與甲醇汽車試點和后來的推廣應用工作后,鑒于所學專業,筆者提出了“內燃機燃料多元化、內燃機動力多元化、內燃機控制技術智能化”的觀點。
當下,我們以實現“雙碳”目標為基本要求,參照新能源汽車的定義,將以甲醇為燃料的內燃機動力產品稱之為“新能源動力”,應該是對內燃機實現高質量轉型發展的真實寫照。筆者結合工作和所學專業,針對甲醇作為交通運輸領域里的燃料,對其利與弊?應用技術路線?應用場景?進行系統地研究和思考,按技術應用路徑和思路提出,供業界朋友參考,更希望溝通交流。此磚引得玉滿園,則是筆者之榮幸。
三、實現新能源動力發展成長的技術路徑:
甲醇液體燃料,以常溫常壓的形態,可在傳統能源動力領域應用,汽柴油能做燃料的應用領域,甲醇液體燃料同樣可以做到。說比熱值低是對的,但有氧原子可以開展研究使之用的更好(甲醇汽車試點有此案例)。說比碳排放,甲醇一個碳,汽油7-13個碳,柴油14-22個碳。如果比全生命周期,我們正在開展研究,希望專業研究結論,可以應用,可以信賴。筆者認為,甲醇燃料發動機,可以作為道路車輛(乘用車和不同類型的商用車)驅動動力、混合動力單元動力、增程器動力;非道路大型礦山車輛增程器動力;由增程器動力衍生的固定發電動力;船舶和水面作業裝備動力;城市綠化、環衛作業裝備動力;農田作業裝備動力,有特殊要求的動力裝置等。
甲醇在線制氫氣體燃料,同樣以常溫常壓形態產出,一是規避氫能產業制、儲、運、加注高成本投入痛點問題;二是解決道路車輛攜帶氫能儲備裝置安全保障難點。選擇在線制氫裝備,為氫燃料電池在線提供氫氣、為甲醇燃料電池在線提供氫氣;為氫燃料發動機在線提供氫氣。道路車輛、內河航運船舶、水面船艇、特殊要求的使用裝備(包括固定發電裝備),都可以在燃料電池和氫燃料發動機之間選擇自己的所需。嚴格碳排放要求,成本承受度高的特殊應用場景,可以選擇前者。對成本敏感的特殊應用場景,可以選擇后者。工業化制氫和富產氫的行業(包括產地和產區),可以選擇后者用于發電,以實現循環利用。
有一句話說的是:當下,把自己的事做好是關鍵。今天,我們應該科學和務實地認識和認知甲醇燃料,接受“新能源動力”的推廣應用。在傳統能源動力上,堅持做好提高燃燒熱效率的基礎研究工作;在“新能源動力”上,迅速開展優化組合工作,開展與傳統能源動力之間的有機結合工作,解決與傳統能源動力零部件產品互通互配的問題。傳統能源動力節能減排的技術要用好,“新能源動力”帶來的新要求、新技術、新挑戰要去應對、要去研究,要去適應,更要在應用實踐中去提高。
北京冬奧會對艱苦訓練的運動員給出了一句很有哲理的話:金牌在向你走來,冠軍也許會遲到,但不會缺席,以此鼓勵堅持。和諧社會也有一句話:“多行善事,莫問行程”,以此激發正能量的持續性。在中國能源和交通運輸領域,我們還應秉承這樣幾句話,也可以稱其為原則:中國國情,資源稟賦,因地制宜,實事求是,獨立思考。
即將召開的“碳中和 甲醇氫能 新能源動力 技術交流”會議,將交流中國業界潛心數十年,堅持創新研發的甲醇燃料應用技術和經驗?;I備中的第五屆國際甲醇汽車和甲醇燃料應用大會和展會(預計五月下旬在北京舉行),邀請全球甲醇燃料領域的國際同行多角度開展交流,共同展望甲醇經濟的未來。展會將圍繞甲醇經濟,系統展出創新研發的技術,甲醇汽車和甲醇燃料應用的產品、裝置、裝備等,期待大會和展會為交通運輸和能源應用領域推進“新能源動力”高質量發展和轉型,提供技術和產品支撐,共同在國際多邊合作的交流平臺上,開啟可再生能源應用的新篇章!
本文作者:魏安力 系工信部甲醇汽車推廣應用專家指導委員會秘書長
寫在廣州會議召開之前!