新型清潔能源──合成燃料（ＸＴＬ）

嚴(yán)　瑾　繆文泉

前言

21世紀(jì)人類面臨的最大問題是能源與環(huán)保問題。能源已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血脈，隨著世界經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增大，世界能源消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，1973年世界一次能源消費(fèi)量?jī)H為57.3億噸油當(dāng)量，而2007年已達(dá)到111.0億噸油當(dāng)量。在30多年內(nèi)能源消費(fèi)總量翻了一番，年均增長(zhǎng)率為1.8%左右。2007年，在世界一次能源消費(fèi)總量中石油占35.6%、煤炭占28.6%、天然氣占25.6%。

我國(guó)是個(gè)能源資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，石油和天然氣的人均剩余可采儲(chǔ)量均小于世界平均水平的8%，儲(chǔ)量較豐富的煤炭只占世界平均水平的60%（注1）。隨著我國(guó)汽車保有量進(jìn)一步擴(kuò)大，能源資源的短缺問題日益顯著。汽車保有量的增加不但加劇能源的消耗，而且產(chǎn)生的大量尾氣所造成的污染問題已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。因此，能源的過度消耗和污染物的大量排放已經(jīng)嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，并對(duì)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅（注2）。

車輛的清潔代用能源不但可以部分解決石油危機(jī)問題，而且可以改善排放狀況，減少污染。劍橋能源研究協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，全球二氧化碳的排放量到2015年將增加15%，到2030年將增加50%，即從今天的300億噸上漲到420億噸。大量的二氧化碳造成的溫室效應(yīng)使全球面臨越來越嚴(yán)峻的氣候問題，而清潔能源技術(shù)可以有效減少二氧化碳的排放量。可以作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的新型清潔能源有：天然氣、酒精、二甲醚、生物柴油、氫、燃料電池、太陽能等，目前世界各國(guó)都在研究使用這些清潔能源的新型汽車。

合成燃料（XTL）特性

合成燃料（XTL）是把數(shù)種含能體能源通過化學(xué)變化合成的新燃料，屬于一種化學(xué)能。合成燃料（XTL）包括天然氣制油燃料（GTL），煤制油燃料(CTL)和生物制油燃料(BTL)。制造合成燃料的技術(shù)出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)最先開始研究從煤里提煉燃料從事戰(zhàn)爭(zhēng)。

合成燃料（XTL）無色無味，基本不含硫和芳香烴，無論是以純態(tài)或是與柴油摻混，都可直接用于傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而無需任何改裝。相比傳統(tǒng)柴油，合成燃料（XTL）能大幅度地減少顆粒物、氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧拧?/p>

合成燃料（XTL）的研究

從2004年開始，合成燃料（XTL）生產(chǎn)商通過與國(guó)內(nèi)外汽車制造商、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)商、科研院校和各地政府的合作，開展了一系列的示范運(yùn)行與研究。2007年5月，在北京公交集團(tuán)4輛歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的公交車上使用Shell公司提供的GTL燃料進(jìn)行示范運(yùn)行。測(cè)試結(jié)果表明GTL燃料在噪音、車輛運(yùn)行平穩(wěn)度以及過熱現(xiàn)象等方面優(yōu)于柴油。

德國(guó)大眾公司在柏林將Shan公司生產(chǎn)的GTL柴油應(yīng)用在25輛裝備了當(dāng)時(shí)歐洲技術(shù)最先進(jìn)、并且能滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)的Golf TDI汽車上，經(jīng)過連續(xù)22km無故障運(yùn)行試驗(yàn)證實(shí)，燃用GTL柴油PM排放平均降低26%，HC排放平均降低63%，CO排放平均降低91%，NOx排放平均降低4%（注3）。

美國(guó)能源部還曾對(duì)圣路易斯市生物柴油公交車的應(yīng)用案例進(jìn)行了研究。參與測(cè)試的公交車長(zhǎng)達(dá)12.2m，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為DDC 6V92TA，其中5輛使用BD20燃料（由大豆制成的生物柴油和普通柴油體積比分別為20%和80%），另外5輛使用普通柴油。

排放測(cè)試采用CBD駕駛循環(huán)，測(cè)試結(jié)果表明生物柴油公交車與普通柴油車的燃油經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)，排放水平也很接近，使用生物柴油后THC排放稍有降低，CO排放不變，NOx和PM排放有很少的增加（在測(cè)量誤差范圍之內(nèi)）。使用生物柴油相比普通柴油，NOx排放會(huì)增加 2.0%，但PM、HC和CO排放將分別降低10.1%、21.4%和11.0%。

合成燃料（XTL）的發(fā)展

2000年，為解決過剩的陳化糧而上馬的燃料乙醇項(xiàng)目，如今已成為我國(guó)替代能源的最成熟模式。2007年，生物乙醇的產(chǎn)量每天增加了20萬桶。但是食物與燃料的沖突仍將是制約生物燃料發(fā)展的重要因素。為了解決這個(gè)沖突，纖維質(zhì)技術(shù)和基因技術(shù)進(jìn)入生物燃料領(lǐng)域，以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇應(yīng)成為技術(shù)開發(fā)的焦點(diǎn)。因此，第二代生物燃料讓人們充滿了希望。

除了發(fā)電之外，隨著煤炭液化技術(shù)的發(fā)展，煤炭成為一個(gè)非常有前景的液態(tài)燃料。我國(guó)煤炭資源豐富，但其中也不乏劣質(zhì)煤。由于劣質(zhì)煤不能直接燃燒，會(huì)造成環(huán)境污染，因此采用煤的潔凈利用技術(shù)，將其制成二次能源甲醇、二甲醚等煤基替代燃料，可大幅度提高煤炭附加值。

2007年，中國(guó)煤炭液化的產(chǎn)量是每天24萬桶，現(xiàn)在已經(jīng)把10年后煤炭液化的生產(chǎn)目標(biāo)定為每天100萬桶。美國(guó)與中國(guó)一樣是能源消耗大國(guó)，在過去的10-15年里，鉆探非常規(guī)性天然氣（油砂、油頁巖、煤層氣）已經(jīng)成為北美上游領(lǐng)域主要的投資戰(zhàn)略。據(jù)預(yù)測(cè)，到2017年，非常規(guī)性的天然氣供應(yīng)將占到北美地區(qū)濕氣總供應(yīng)量的一半以上（注1）。

表1合成燃料（XTL）的理化特性

結(jié)束語

合成燃料（XTL）的主要原料是煤炭和天然氣，以煤炭為燃料時(shí)，主要目標(biāo)是生產(chǎn)有利于環(huán)境保護(hù)的清潔液體燃料。從市場(chǎng)角度出發(fā)，合成燃料技術(shù)要得到大規(guī)模應(yīng)用，必須降低成本。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，煤、天然氣這些常規(guī)能源都是有限的，因此，研究利用可再生能源合成液體燃料技術(shù)，將是一個(gè)長(zhǎng)期的課題。如用生物質(zhì)能源合成液體燃料等技術(shù)都具有巨大的發(fā)展前景。這有助于解決石油資源貧乏不能滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的問題，對(duì)保障國(guó)家能源供應(yīng)安全具有十分重要的意義。

（本文作者嚴(yán)瑾系上海交通大學(xué)在讀研究生）

參考文獻(xiàn)

注1：慧典市場(chǎng)研究報(bào)告網(wǎng)

注2： 肖元真，馬驥，吳泉國(guó)，大力發(fā)展清潔能源 全面實(shí)施節(jié)能減排。北華大學(xué)學(xué)報(bào) ( 社會(huì)科學(xué)版)，2008-4，9（2）：109-114。

注3：Hock Cheng Heng，Suhaili Idrus，The Futur of Gas to Liquids as a Gas Monetization Option[J]，Journal of Gas Chemistry，2004，13：63-70