呼啸而过的大卡车, 卷起了满地尘埃, 留下了浓重的柴油味, 让人掩鼻皱眉. 商用重型柴油车因为排量大, 工作时间长, 是重要的空气污染源. 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室姚春德教授领衔的内燃机替代燃料创新团队经过十多年的科研攻关, 已经形成了一套较为成熟的甲醇替代柴油的关键技术及理论, 即用甲醇部分替代柴油, 有效提高柴油的燃烧效率减少排放. 目前百余辆试验用车已在全国12省2市应用. 近日, 该项成果获得了教育部高校科研优秀成果奖技术发明类二等奖.
柴油机是中国经济建设的主要动力装置. 据中国内燃机工业协会的数据报告统计, 2016年陆路运输75%是由重型商用车担任的, 其特点是排量大, 工作时间长. 2016年, 在内燃机消耗的2.7亿吨燃油中, 柴油为1.6亿吨左右 , 其中占商用车保有量大约14%的重型车消耗了近50%的柴油. 柴油车是重要的空气污染源. 在提高柴油车燃烧效率方面, 一直存在一个 '悖论' : 氮氧化物和颗粒物的排放, 此消彼长. 引入甲醇部分替代燃油, 则可以很好地解决这个悖论.
甲醇是内燃机的清洁燃料, 其生产原料广泛, 产能富余, 生产技术成熟, 燃烧清洁, 加注和运输都很方便. 但是甲醇却难以直接应用于柴油机. 原因在于, 甲醇热值低, '不禁烧' , 如同秸秆或者树叶燃烧产生的热量完全无法与木柴或者煤炭媲美一样. 甲醇在柴油机上应用还存在诸多难点, 如难压燃, 其着火温度是柴油的一倍以上; 蒸发性差, 15℃以下不蒸发, 与柴油不相溶; 此外, 还有一定的腐蚀性.
姚春德教授领衔的内燃机替代燃料创新团队, 采用发动机用纯柴油起动, 热机后用双燃料方式工作, 解决了甲醇难压燃和冷启动以及甲醇与柴油不相溶, 甲醇蒸发性差的难题. 其特点是, 甲醇进气管喷入, 柴油引燃甲醇混合气, 柴油甲醇实时最优配比, 而发动机结构无需改变.
目前该技术已达到甲醇45.6%的最大替代率, 平均替代率32.7%; 燃料效率提高8.7%, 最高值由原机的43.4%增加到47.6%. 同时, 甲醇与柴油掺烧后, 明显加快了燃烧速度, 减少燃烧中的炭烟生成, 打破了柴油机氮氧化物与颗粒物排放此消彼长的魔咒.
目前该技术已和中国重汽, 华菱汽车, 陕重汽, 东风汽车等合作, 试验车已在12省2市部分地区得到应用. 姚春德教授给记者算了一笔账: 如果这项技术推广至全国所有商务重型柴油车, 按照30%的平均甲醇替代率来计算, 就意味着每年节省柴油4800万吨 (以2016年柴油消耗量1.6亿吨计) ; 按照甲醇对柴油的平均替换比1.5 (也就是替换1吨柴油需要1.5吨甲醇) 来计算, 则每年消耗的甲醇量为7200万吨, 这对于缓解我国的石油能源紧缺, 充分发挥甲醇的过剩产能具有重大意义. 同时按照甲醇均价2000元/吨算, 柴油均价6500元/吨算, 每年可以节省燃油成本1720亿元.
