呼嘯而過的大卡車, 捲起了滿地塵埃, 留下了濃重的柴油味, 讓人掩鼻皺眉. 商用重型柴油車因為排量大, 工作時間長, 是重要的空氣汙染源. 天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室姚春德教授領銜的內燃機替代燃料創新團隊經過十多年的科研攻關, 已經形成了一套較為成熟的甲醇替代柴油的關鍵技術及理論, 即用甲醇部分替代柴油, 有效提高柴油的燃燒效率減少排放. 目前百餘輛試驗用車已在全國12省2市應用. 近日, 該項成果獲得了教育部高校科研優秀成果獎技術發明類二等獎.
柴油機是中國經濟建設的主要動力裝置. 據中國內燃機工業協會的數據報告統計, 2016年陸路運輸75%是由重型商用車擔任的, 其特點是排量大, 工作時間長. 2016年, 在內燃機消耗的2.7億噸燃油中, 柴油為1.6億噸左右 , 其中占商用車保有量大約14%的重型車消耗了近50%的柴油. 柴油車是重要的空氣汙染源. 在提高柴油車燃燒效率方面, 一直存在一個 '悖論' : 氮氧化物和顆粒物的排放, 此消彼長. 引入甲醇部分替代燃油, 則可以很好地解決這個悖論.
甲醇是內燃機的清潔燃料, 其生產原料廣泛, 產能富餘, 生產技術成熟, 燃燒清潔, 加註和運輸都很方便. 但是甲醇卻難以直接應用於柴油機. 原因在於, 甲醇熱值低, '不禁燒' , 如同秸稈或者樹葉燃燒產生的熱量完全無法與木柴或者煤炭媲美一樣. 甲醇在柴油機上應用還存在諸多難點, 如難壓燃, 其著火溫度是柴油的一倍以上; 蒸發性差, 15℃以下不蒸發, 與柴油不相溶; 此外, 還有一定的腐蝕性.
姚春德教授領銜的內燃機替代燃料創新團隊, 採用發動機用純柴油起動, 熱機後用雙燃料方式工作, 解決了甲醇難壓燃和冷啟動以及甲醇與柴油不相溶, 甲醇蒸發性差的難題. 其特點是, 甲醇進氣管噴入, 柴油引燃甲醇混合氣, 柴油甲醇即時最優配比, 而發動機結構無需改變.
目前該技術已達到甲醇45.6%的最大替代率, 平均替代率32.7%; 燃料效率提高8.7%, 最高值由原機的43.4%增加到47.6%. 同時, 甲醇與柴油摻燒後, 明顯加快了燃燒速度, 減少燃燒中的炭煙生成, 打破了柴油機氮氧化物與顆粒物排放此消彼長的魔咒.
目前該技術已和中國重汽, 華菱汽車, 陝重汽, 東風汽車等合作, 試驗車已在12省2市部分地區得到應用. 姚春德教授給記者算了一筆賬: 如果這項技術推廣至全國所有商務重型柴油車, 按照30%的平均甲醇替代率來計算, 就意味著每年節省柴油4800萬噸 (以2016年柴油消耗量1.6億噸計) ; 按照甲醇對柴油的平均替換比1.5 (也就是替換1噸柴油需要1.5噸甲醇) 來計算, 則每年消耗的甲醇量為7200萬噸, 這對於緩解我國的石油能源緊缺, 充分發揮甲醇的過剩產能具有重大意義. 同時按照甲醇均價2000元/噸算, 柴油均價6500元/噸算, 每年可以節省燃油成本1720億元.
