1.2.2　幾種代用燃料的特點

1.2.2.1　氣體燃料

（1）天然氣

天然氣（Natural Gas，NG）是理想的汽油替代燃料之一，天然氣可以用壓縮天然氣燃料（Compress Natural Gas，CNG）、液化天然氣燃料（Liquefied Natural Gas，LNG）和吸附天然氣（Adsorbed Natural Gas，ANG）等方式在發(fā)動機中加以利用。天然氣的主要成分為甲烷，隨產(chǎn)地不同，甲烷的含量為83%～99%；由于組成變化，理論空燃比、熱值也不同。此外，由于天然氣的密度低于汽油，使吸入發(fā)動機的新鮮空氣量減少，發(fā)動機的輸出功率下降，僅為汽油機的90%左右。天然氣具有以下優(yōu)勢：蘊藏量比石油大，可開采的年限比石油長，分布面積比石油廣，而且發(fā)動機應(yīng)用天然氣的燃燒完善度、定容度和熱效率都優(yōu)于石油燃料。但是天然氣作為車用燃料需要建設(shè)加氣站網(wǎng)絡(luò)，加氣站的建設(shè)需要大量投資。目前，以壓縮天然氣作為汽油替代燃料的清潔環(huán)保型公交車已在大中城市廣泛應(yīng)用。

（2）液化石油氣

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）燃料是一種性能優(yōu)良的汽油替代燃料。液化石油氣分為油田液化氣和煉油廠液化氣兩種。油田液化氣來自油田，不含烯烴，可直接用作車用燃料；煉油廠液化氣主要是催化裂化過程和延遲焦化煉油過程的產(chǎn)物，含有大量丁烯、丙烯以及少量乙烷及異丁烯，因烯烴類為不飽和烴，燃燒后結(jié)膠嚴(yán)重，對發(fā)動機的火花塞、氣門、活塞環(huán)等零件損壞較大，不適宜直接作為車用燃料，還需要再加工，一般要使烯烴含量低于6%才能用作車用燃料^［15］。液化石油氣的主要成分有丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等。液化石油氣的能量密度比天然氣的大，蒸氣壓力較低，易于儲存運輸。液化石油氣的運行成本和排放都優(yōu)于汽油。

（3）氫氣

氫氣發(fā)動機燃燒不產(chǎn)生CO、HC、CO₂和PM等有害排放物，因此氫氣被認為是最清潔的燃料。氫氣的低熱值為120.17MJ/kg，是柴油的2.8倍，氫氣的點火能量低，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤軌騼?yōu)化發(fā)動機燃燒過程，提高發(fā)動機燃燒效率^［16］。而且，氫氣的來源和儲量非常豐富。但是氫氣作為發(fā)動機燃料也存在明顯的缺點，比如沸點低，儲存成本高，易爆炸，易早燃，因此在汽車上還較少直接應(yīng)用^［10］。

1.2.2.2　液體燃料

（1）醇類燃料

醇類燃料是很好的汽車替代能源之一，它不僅可以用作汽車代用燃料，而且可以用作汽車替代能源——燃料電池的原料。與汽油相比，醇類燃料的特點是：

①熱值低、含氧量大、理論空燃比小，所以二者的混合氣熱值相當(dāng)，保證發(fā)動機的動力性能不降低^［17］。

②醇的汽化潛熱是汽油的3倍左右，燃料蒸發(fā)汽化可以促使進氣溫度進一步降低，增加充氣量，但是冷啟動困難，需要預(yù)熱。

③醇的辛烷值高，抗爆性能好，對提高壓縮比有利。

④醇的沸點低，產(chǎn)生氣阻的傾向比汽油大。

⑤甲醇對視神經(jīng)有損傷作用，有一定的毒性，在儲運及使用中要注意安全。另外，甲醇對金屬有一定的腐蝕作用，應(yīng)采用防腐蝕措施。

⑥醇類的十六烷值很低，著火性差，著火延遲期長，在壓燃式內(nèi)燃機中使用醇類很困難。

⑦醇類燃料的著火上下限都比石油燃料寬，能在稀混合氣區(qū)工作，有利于降低油耗；燃燒完全，燃燒產(chǎn)物中基本沒有碳煙，NO_x的排放濃度也很低，是一種低污染性燃料^［15］。

①甲醇　甲醇可以從煤、木材（包括木材碎料、木屑）、天然氣、石油伴生氣、植物秸稈，甚至城市可燃垃圾等物質(zhì)中提煉或合成。我國是世界產(chǎn)煤第一大國，煤田分布很廣，南北林區(qū)也相當(dāng)廣闊，利用煤或木材邊料、樹枝、木柴、木屑等，用工業(yè)化方法生產(chǎn)甲醇是可行的，可以因地制宜進行，從而降低生產(chǎn)成本。凡是可以用低成本方法同時得到H₂和C或CO的地方，都可以用合成法獲得甲醇。甲醇也可以從可再生物質(zhì)中制取，屬于可再生能源。甲醇與汽油、柴油同屬于液態(tài)燃料，使用、儲存和運輸方便。

②乙醇　乙醇可以通過淀粉、含糖物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)或者由生物質(zhì)經(jīng)過水解、酶解及發(fā)酵過程可以獲得，是可再生的綠色能源之一。它的原料來源豐富，包括甘蔗、玉米、薯類等農(nóng)作物及木質(zhì)纖維素等，生產(chǎn)工藝成熟。乙醇燃料是目前在世界上進行大面積商業(yè)推廣的車用生物質(zhì)燃料之一，它的使用方式主要有汽油的含氧添加劑（乙醇添加量為5%～22%）、靈活燃料汽車（乙醇與汽油的混合比在0～85%之間變化）和乙醇燃料汽車（使用純乙醇的內(nèi)燃機）3種，另外，乙醇燃料電池和乙醇-柴油混合燃料還處于試驗階段。

我國在推進國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的大框架下，燃料乙醇已經(jīng)成為替代石油的成熟模式。目前我國推廣應(yīng)用的燃料乙醇屬無水乙醇（水分含量不大于0.8%）。含水乙醇（水分含量約5%）因為減少了無水乙醇生產(chǎn)過程中裝備復(fù)雜且能耗大的脫水環(huán)節(jié)，將具有很好的發(fā)展前景。采用“含水乙醇汽油”技術(shù)，對燃料乙醇工廠的硬件投入和產(chǎn)品成本將大幅下降^［18］。

含水乙醇具有可再生和低能耗的特點，是一種以生物材料為原料，通過發(fā)酵等途徑得到的可燃液體^［19］。作為一種清潔的并且可以再生的友好燃料，使用摻加乙醇的汽油能夠大大降低汽車排氣中的一氧化碳和PM2.5等有害物質(zhì)。

（2）二甲醚（DME）

二甲醚（dimethylether，DME）是一種可再生的能源，它不僅可從石油及天然氣中直接提取合成，也能從煤、植物、生活垃圾中提取合成。凡是可以用低成本方法同時得到CO和H₂的地方，都可以直接或間接獲得二甲醚。二甲醚十六烷值大于55，高于柴油，理論熱值約為柴油的64%，有望作為柴油替代品。二甲醚燃燒時各種有害氣體排放量大大低于柴油，可使柴油機的排放達到完全無煙的水平^［20］。二甲醚在燃燒中不產(chǎn)生碳煙，且NO_x和CO排放亦很低。但是，二甲醚作為氣體燃料，需要對原有的發(fā)動機供油系統(tǒng)做較大調(diào)整，且運輸配送困難。除了民用和汽車燃料外，二甲醚還在集中和分布式發(fā)電、化工和燃料電池領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

（3）生物柴油

生物柴油即脂肪酸甲酯，主要以植物油（大豆油、菜籽油等）、動物油脂、廢食用油以及油料作物為原料，在甲醇或乙醇的催化劑作用下，將溫度加熱到 230～250℃下進行酯化反應(yīng)制成。它燃燒完全、無毒、可生物降解，是環(huán)境友好的可再生能源之一^［21］。一般而言，生物柴油可以和柴油以任意比互溶。因此，可以在柴油機不做任何改變的情況下，直接應(yīng)用于柴油發(fā)動機。生物柴油的熱值一般低于柴油，會造成發(fā)動機動力性有一定下降；同時，生物柴油的十六烷值高于柴油，導(dǎo)致著火延遲期變短，燃燒等容度下降，熱效率降低^［22］。由于生物柴油不含芳香烴，且為含氧燃料，因此，生物柴油對碳煙的減排效果相當(dāng)明顯。由于生物柴油具有對環(huán)境友好、不容易意外失火、儲運和使用方便等諸多優(yōu)點，因此也是值得我們大力開發(fā)和利用的一種替代能源。

（4）乳化柴油

乳化柴油是水與柴油通過乳化劑、助乳化劑在一定乳化設(shè)備經(jīng)乳化而形成的油包水（W/O）型乳液。乳化柴油具有乳化過程簡單、乳化油燃燒效率高、燃燒過程污染物排放少等諸多優(yōu)點。乳化柴油的應(yīng)用研究已成為燃料節(jié)能減排研究領(lǐng)域中的熱點。到目前為止，在不對發(fā)動機做任何改進的情況下，乳化柴油是能夠同時降低NO_x、PM和HC排放的燃料^［23］。乳化柴油不僅可以節(jié)約石油燃料，而且可以大大減少環(huán)境污染，是一種很有發(fā)展前途的替代燃料。