按照規定,國家公布的第四階段機動車排放標準(后簡稱“國四標準”) 最晚將于2011年,在全國范圍內實施。“國四標準”等效于歐洲的“歐Ⅳ標準”,相比“國三標準”,對機動車排放控制更趨嚴格,需要在滿足“國三標準”的基礎上,再進一步降低30%—50%的污染物。
在中國當前的汽車市場上,由于柴油發動機比汽油發動機節油30%,二氧化碳排放量低30%-45%,柴油化儼然成為今后重要的發展方向。但此前國家環境保護部科技標準司羅毅副司長在題為《中國發展節能減排汽車的環保戰略與措施》的報告中指出:“柴油車的污染問題仍然是造成城市空氣污染的主要原因之一;清潔高科技的柴油轎車需要高品質的超低硫柴油的供給。”一般認為,柴油車達歐Ⅳ排放的技術路線有兩條:一是采用顆粒物過濾器(DPF),二是采用NOx還原催化劑(SCR)。總之,無論哪條路都要加裝后處理系統。
但在前不久舉行的“清華-康明斯技術論壇”上,由清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室副主任王建昕教授公布的有關生物柴油的最新研究結果表明,生物柴油不但具有替代石油基能源的作用,而且可以將生物柴油與其他燃料合理摻混,采用燃料重新設計的方法,就有可能在不使用后處理技術的前提下,使柴油機排放直接達到國四或歐Ⅳ標準。
基于生物柴油的燃料設計
搞發動機的人歷來都是根據柴油的已有特性來設計和優化柴油機的燃燒特性,“那么能不能反過來,根據柴油機低排放燃燒的要求來重新設計燃料呢?”沿著這一思路,王建昕教授帶領他的團隊設計了新的燃料方案:生物柴油占50%,柴油占35%,碳酸二甲酯(DMC)占15%。他們將這種生物質含氧混合燃料用在康明斯公司的柴油機上,不用任何后處理系統,于2008年7月順利通過了國四標準正式檢測,并且申請了國家發明專利。
但為什么還要在其中添加DMC等其他燃料呢?與汽油車相比,柴油車排放了更多的顆粒物。生物柴油由于具有含氧、低芳烴、高十六烷值和低硫等特點,產生的顆粒物比傳統柴油少。但如果要求大幅度降低顆粒物排放,就必須提高燃料的含氧量,這單靠生物柴油是不夠的的,所以有必要添加含氧量高的成分。“最理想的是DMC,因為它的含氧量和十六烷值度都高于乙醇,但如果考慮到資源供應現狀,乙醇也是可以的。”王建昕教授說。
發動機內實現減排
但是高含氧量是把雙刃劍,生物柴油在降低顆粒物排放的同時,有可能使氮氧化物(NOx)升高10%—20%,其升高幅度隨著生物柴油采用的原料不同而有所區別。混合后的生物柴油中,加入了高含氧成分,NOx產生的幾率也就更高了。
在本次論壇上,環境保護部大氣與噪聲污染防治處副處長任紅巖透露,現行的空氣指標評測體系將有變動,其中NOx有可能成為繼二氧化硫之后的二號污染物。所以大量NOx的生成直接影響到“國四標準”的實現,也會讓新設計的燃料方案的減排價值大打折扣,從而付出高昂的環保代價。
對此王建昕教授并不擔心,“其實這個問題解決起來不是很困難,我們有信心在發動機內實現整個減排過程,而且保證采用的技術是最經濟的。”因為這種基于生物柴油的混合燃料不同于普通柴油,在大量使用廢氣再循環技術降低NOx時,顆粒物不會明顯增加,所以可以不用任何后處理技術使排放物達到“國四標準”,是一條比較經濟的柴油車排放控制技術路線。
原料多元化增強抗風險能力
值得注意的是新方案中35%的柴油,以明確的比例將傳統柴油和生物柴油放在了一起。王建昕解釋說這主要是考慮到傳統柴油相對容易獲得,而且可以縮小生物柴油與傳統柴油的熱值差,降低生物柴油的粘度。
意義不止于此,傳統柴油的加入將會更好地促進生物柴油產業化的實現。在生物柴油產業化過程中,價格變動一直是一個敏感的因素。
隨著國際油價的攀升,生物柴油以其價格和環保優勢獲得了社會的親睞。除了三大石油公司之外,民營企業和外資公司也紛紛加入生物柴油生產的行列。但這種局勢在去年下半年發生了扭轉,國際油價每桶從147美元跌至40美元,國內柴油供應緊張的局面立即得到緩解,生物柴油因成本降不下去,導致銷路出現問題。“兩頭夾擊,讓企業出現負利潤,只能停產等待機會,”泉州一家生物柴油企業的老總稱,2008年的地溝油、廢渣油等原材料價格一路上揚,從2004年的2600元/噸,上漲到2008年高峰時的5500元/噸,“原材料成本已接近成品柴油價,即使用工成本不算,銷售利潤也淪為負數,不少企業因此出現停產甚至倒閉”。目前形勢雖有所好轉,但這種價格存在變動的風險。
但如果加入了傳統柴油,就能讓生物柴油擁有一個應對國際油價漲跌的空間,可以隨著國際油價的變化浮動價格,這在一定程度上增強生物柴油在價格上的抗風險能力。同時,加入35%的傳統柴油也可以增加生物柴油的總供應量,擴大其使用范圍,這對于生物柴油產業化的順利實現無疑是有益的。
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