乙醇燃料燃燒特性及其推廣應用探析

程 艷，蔣 晶

（廣西職業技術學院機電與信息工程學院，廣西南寧 530026）

在LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氫能等眾多新型石油潛代能源中，乙醇是相對較安全的且易生產的可再生資源之一。目前，乙醇汽油和乙醇柴油是乙醇燃料在汽車發動機上的主要應用形式，基于乙醇的特性，乙醇汽油被研究應用的較多，已被推廣使用十多年，但仍不能被廣大車主接受，難以在全國范圍內推行。為此，分析乙醇燃料的特性，探討乙醇燃料推廣需解決的問題及應對策略，這對乙醇燃料更深入的研究發展具有一定促進作用。

1 乙醇燃料特性及應用現狀

乙醇是一種較有前景的富氧可再生能源，其化學分子式為C2H5OH，密度為790 kg/m3，與汽油相近，常溫常壓下呈液態。常用燃料乙醇、汽油、柴油三者的主要理化特性（見表1）。

乙醇作為發動機的代用燃料，主要以與汽油混合及與柴油混合燃燒的方式進行。因乙醇與柴油不能互溶等因素，從而乙醇在汽油機上的應用更多。

表1 乙醇與汽油、柴油的主要理化特性對比表

在環保方面，歐IV和國V排放法規對汽車氣體常態排放物（COHCNOX）及微粒排放提出了嚴格的要求，要求微粒數量低于6×1011個/千米（微粒的質量不得大于4.5 g/km），而乙醇汽油能極大地改善汽車氣體常態排放物的排放。對于乘用車的CO2排放方面，我國也作出了到2025年CO2排放量低于95 g/km的相關規定，利用乙醇汽油能有效地降低車輛CO2的排放[1]。

2 乙醇汽油燃燒特性分析

針對乙醇汽油及普通汽油對發動機的性能影響，目前已有許多專家學者進行了此方面的研究，并取得顯著的成效。

上汽通用五菱的丁小剛等[2]在LJ465Q-2AE1的汽油機上分別進行了燃用E0、E20、E50的純汽油及乙醇汽油，測試了其動力性能及排放性能[4]。其研究表明，在動力性能方面，乙醇汽油發動機的功率降低小于5 %，最大扭矩降低也小于5 %；在燃油經濟方面，隨著乙醇比例的增加會使油耗有所增加。在排放性能方面，乙醇比例增加，排放的CO和HC含量明顯下降，排氣溫度低使NOX的排放也降低。江蘇的靖蘇銅等用乙醇汽油與純汽油進行了主要污染物排放試驗分析研究，其研究表明，E10的乙醇汽油能有效降低CO、HC及NMHC、CO2的排放。其他相關研究表明，乙醇比例超過15 %的乙醇汽油，會對動力和排放產生不利影響，在不改變發動機結構的情況下使用低比例E10乙醇汽油是最佳比例燃料，因而推廣使用低比例混合的E10乙醇汽油燃料。乙醇汽油燃料的優點及存在問題（見表2）[3]。

3 乙醇柴油燃料燃燒特性分析

由于柴油與乙醇不可互溶等理化特性，對乙醇柴油的應用較少，但乙醇燃料也能改善柴油發動機的特性。清華大學的何幫全等利用在線混合裝置，研究了不同乙醇柴油混合比例的乙醇柴油燃料燃燒特性，碳煙的排放隨著乙醇分子數的增加明顯降低，最大降幅達74 %，而中高負荷下的NOX化合物明顯增多。曹東冬等在柴油機臺架上，研究了乙醇柴油的燃燒特性，NOX和碳煙的下降幅度會隨著乙醇比例的增加而加大，CO排放有所升高。可通過調節控制燃料混合比例達到最佳排放狀態。靳德才等[6]利用軟件進行了建模模擬研究，其研究得出，乙醇在燃料中混合達10 %可使柴油發動機達最佳的動力性和經濟性能。因此，相關研究表明，乙醇柴油對于降低排放，提高燃料經濟性的方向是可行的。

表2 乙醇汽油燃料優劣分析

4 乙醇燃料應用前景分析

目前，乙醇燃料在汽車上的推廣應用主要是乙醇汽油。從發展需求來看，據研究，我國的乙醇燃料產量有87 %的原料來自玉米，11 %的源自木薯等，2 %源自纖維素。目前我國利用玉米等農作物為原料來生產乙醇的工藝雖已成熟，且原料來源穩定，但會受玉米陳化糧的庫存制約，因而需發展多元化乙醇原料生產工藝。我國預計在2020年實現全國基本覆蓋乙醇汽油，對乙醇的需求量約1 300×104t，缺口約為1 000×104t。

從環保視角來看，多年的研究表明：E10的乙醇汽油可使汽車尾氣的CO下降約30 %，HC化合物下降約13 %，CO2的排放減少約4 %，PM2.5的排放減少最高可達約60 %，因此有效地促進環境保護[5]。

從長遠發展來看，乙醇資源在我國較豐富，與汽油混合使用具有一定的經濟性，推廣使用乙醇汽油是節約能源、減少對石油資源依賴的有效方法。因此乙醇汽油在我國有著良好的發展前景，只是在目前推廣中存在著一些問題，讓消費者難以接受，從而讓推廣策略實施中受到極大阻礙。如果國家根據相關部門能把現存在的這些問題解決好，讓消費者都認可了，乙醇汽油的推廣使用能為節約石油資源作出極大的貢獻。

從市場發展空間來看，相關研究表明，我國乙醇汽油只占消費總量的近30 %，因而還有很大的發展空間。隨著國家政策對乙醇汽油燃料支持力的增強及技術進步，乙醇汽油燃料將會有快速發展的良好前景。

但從實際應用推廣情況來看，我國自2001年開始推廣乙醇汽油以來，截止到2018年，已有黑龍江、河南、安徽、廣西等六個省內已全境封閉使用乙醇汽油，在江蘇、山東等31個市采用半封閉地推廣使用乙醇汽油，部分試驗省市的乙醇汽油覆蓋率呈現降低趨勢，如廣西較多的區域加油站點已由現在的國IV純汽油取代了原來的乙醇汽油。乙醇汽油推廣有所滯后，預計難以實現2020年在全國范圍內推廣使用乙醇汽油的目標。

5 乙醇汽油燃料應用推廣建議

以上分析可見，乙醇汽油燃料在節約石油資源方面有著良好的發展前景，可乙醇汽油燃料的優越性與應用價值，需要國家和消費者的認可，需要大氣環境的接受，更需要汽車科技的進步與支持。因此，建議做好以下幾方面，以有效促進乙醇燃料的推廣使用。

（1）加強對乙醇汽油燃料的研究開發力度，努力解決好乙醇汽油存在的一些讓廣大車主難以接受的實際問題。國家加大政策導向支持，在乙醇的生產、銷售管理、減少乙醇燃料副作用影響等方面繼續加大力度，解決消費者的后顧之憂。

（2）提高消費者對乙醇汽油燃料的認識。許多車主擔心乙醇汽油含有乙醇而不純會影響發動機性能與壽命而熱衷于純汽油，寧愿加價格高的純汽油也不愿加較經濟實惠的乙醇汽油，總認為純汽油好，其實純汽油也并沒有100 %的純度，普通純汽油也經常添加一種添加劑-MTBE（甲基叔丁基醚）。清華大學的吳燁副院長指出，乙醇本身就是富氧添加劑[7]，少量的乙醇能讓汽油燃燒更充分。

（3）有策略有計劃的推行。中國人均耕地少，生物燃料乙醇供應不足，如強行推廣乙醇汽油的使用，可能會造成市場代銷混亂和投資浪費。可因地制宜地在全國一定范圍內推行使用乙醇汽油。