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）等方式在發動機中加以利用。天然氣的主要成分為甲烷，隨產地不同，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，使吸入發動機的新鮮空氣量減少，發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，而且發動機應用天然氣的燃燒完善度、定容度和熱效率都優于石油燃料。但是天然氣作為車用燃料需要建設加氣站網絡，加氣站的建設需要大量投資。目前，以壓縮天然氣作為汽油替代燃料的清潔環保型公交車已在大中城市廣泛應用。

（2）液化石油氣

液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）燃料是一種性能優良的汽油替代燃料。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，燃燒后結膠嚴重，對發動機的火花塞、氣門、活塞環等零件損壞較大，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于汽油。

（3）氫氣

氫氣發動機燃燒不產生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，火焰傳播速度快，能夠優化發動機燃燒過程，提高發動機燃燒效率^［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，保證發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，產生氣阻的傾向比汽油大。

⑤甲醇對視神經有損傷作用，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，能在稀混合氣區工作，有利于降低油耗；燃燒完全，燃燒產物中基本沒有碳煙，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中提煉或合成。我國是世界產煤第一大國，煤田分布很廣，南北林區也相當廣闊，利用煤或木材邊料、樹枝、木柴、木屑等，用工業化方法生產甲醇是可行的，可以因地制宜進行，從而降低生產成本。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中制取，屬于可再生能源。甲醇與汽油、柴油同屬于液態燃料，使用、儲存和運輸方便。

②乙醇　乙醇可以通過淀粉、含糖物質發酵生產或者由生物質經過水解、酶解及發酵過程可以獲得，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、薯類等農作物及木質纖維素等，生產工藝成熟。乙醇燃料是目前在世界上進行大面積商業推廣的車用生物質燃料之一，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展戰略的大框架下，燃料乙醇已經成為替代石油的成熟模式。目前我國推廣應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過程中裝備復雜且能耗大的脫水環節，將具有很好的發展前景。采用“含水乙醇汽油”技術，對燃料乙醇工廠的硬件投入和產品成本將大幅下降^［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。

（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，需要對原有的發動機供油系統做較大調整，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電、化工和燃料電池領域有很好的應用前景。

（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℃下進行酯化反應制成。它燃燒完全、無毒、可生物降解，是環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，直接應用于柴油發動機。生物柴油的熱值一般低于柴油，會造成發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明顯。由于生物柴油具有對環境友好、不容易意外失火、儲運和使用方便等諸多優點，因此也是值得我們大力開發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備經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點。乳化柴油的應用研究已成為燃料節能減排研究領域中的熱點。到目前為止，在不對發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約石油燃料，而且可以大大減少環境污染，是一種很有發展前途的替代燃料。