锂电动力电池技术的发展,让新能源汽车获得了前所未有的成功。2023年第二季度全球新能源车销量303万辆,同比增长42.8%,其中特斯拉、比亚迪分列纯电排名前两名,市占率高达为21.7%、16.2%。
不过动力电池补能速度过慢,超充站又少、且频繁使用对电池也有伤害。汽车从业者、消费者有一个共同声音:“内燃机真就这么完了?不能再抢救下?”
汽车清洁能源“捞偏门”,看好甲醇技术
发展锂电池是时代大趋势,其他能源模式只能被认为是“捞偏门”,成了获利极大,但风险极高,败了会彻底掉队。
现在内燃机中,当属甲醇汽油引人注目。
为啥说它「获利极大」?听我给你唠唠。
车用甲醇汽油是指将国标汽油与甲醇按照一定的体积比通过专业的调配技术混合而成的新型燃料。
甲醇汽油有诸多好处,首先就是价格低。我国的甲醇储量非常多,因此价格很低,现在汽油价格在8块左右,而甲醇价格只有它一半还不到;而且甲醇的辛烷值高达112,再加上甲醇本身就有氧原子,对比汽油就像烧天然气和烧柴火的区别,甲醇汽油只要给它一点点空气,它就可以燃烧,高原自驾再也不用担心没劲儿了。
相比乙醇汽油(乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成),甲醇汽油的主要成分是甲醇(比如M50甲醇汽油,甲醇含量达到50%以上)。
而且发展甲醇也是有利于碳排放的规划,甲醇汽油属于清洁能源,比汽油更环保,燃烧后不会产生废气排放,有害排放物CO、NO可降低30%-50%,并有效清除车内积碳。
甲醇生产原料主要是煤炭、焦炉气和天然气等,国外资源不足的国家也在想办法入局。在获取甲醇之路上,有一种“鸡生蛋蛋生鸡”的思路——收集二氧化碳加氢气制成甲醇,燃烧后又排放二氧化碳,整个过程没有多出来二氧化碳,无污染,比石油好。
在2023 IAA 慕尼黑车展上,保时捷发布一项空气捕集技术(DAC),DAC的作用是提取大气中的二氧化碳。该技术由保时捷、HIF Global(智利高度创新燃料)、MAN Energy Solutions(曼恩能源方案)、大众汽车集团创新中心共同研究,从大气中提取的二氧化碳,可与绿色氢气结合,制造eFuels合成燃料。
eFuels合成燃料的一大优势是有利于环境,传统的金属氧化物催化剂通常需要较高的反应温度(>300 ℃)来催化CO2加氢制甲醇,往往伴随着严重的逆水煤气变换(RWGS)反应,导致产生大量副产物一氧化碳(CO)。
利用基于可再生能源的绿色氢气(H2)与CO2反应制备甲醇是一条重要的途径。
甲醇的好,恐怕车企最知道
理论上来说,甲醇二氧化碳的排放量就不到汽油的一半,再加上现在很多国家都公布从哪一年开始禁售燃油车,只要是烧汽油的,甚至包括混动,以后就不准卖了。
转机在今年3月。
欧盟与德国达成了新协议,允许汽车制造商在2035年之后销售新的内燃机汽车,但是前提是新车必须使用碳中和“合成燃料”。事实上保时捷就是看准了这个信息才适时推出了eFuels合成燃料技术——甲醇可以取代汽油机,还能搭配电驱混动系统来卖,这些都合法合规。
可看似万事皆有东风,甲醇技术的困难依然不小。
从甲醇的理化性能来看,甲醇汽油作为汽车的替代能源主要有不少技术问题:腐蚀性、低温启动问题、热值较低问题、低温分层问题、溶胀问题。
甲醇燃料腐蚀性高,醇类具有较强的化学活性,能腐蚀铝、锰、塑料、合成橡胶等,所以甲醇汽车需要用特殊的发动机来装,否则很轻微的碰撞带来的火星都会引起爆炸。
从适应性来说,甲醇汽车比燃油汽车的适应性要差,甲醇蒸发潜热是汽油的2.5倍,开始使用甲醇汽油发动机内部的温度比汽油汽车使用的要多,寒冷的冬季早晨会很难启动汽车,就算启动了,汽车也容易发抖、怠速不稳。
当然车企也没有因此完全放弃它的发展,特别是有商用车发展需求的车企更是上心。
今年8月8日,五菱汽车所属五菱柳机首台LJ4M20系列甲醇发动机成功点火,这一突破标志着五菱柳机在甲醇发动机领域实现了零的突破,这款发动机解决了低温机启动、腐蚀零部件和润滑油提前酸化的问题。
同样是在今年7月,中国船舶集团旗下河柴重工自主研发的水陆两用V型8缸纯甲醇燃料发动机一次点火成功,该机型排量14L,使用单一甲醇燃料,适用于水面船舶、陆用工程及内燃机发电领域。
玉柴K11M甲醇发动机兼具动力性与经济性。K11M甲醇发动机功率与扭矩更大,最大扭矩达到1900N·m,低扭矩更出色,加速与爬坡更强劲。并采用多点喷射系统,醇耗比同类甲醇机低8%。甲醇价格比柴油便宜20-30%,相比传统燃油重卡牵引车,甲醇重卡每公里可节省1元钱,按一台重卡一年跑30万公里计算,可节省30万元。
大众消费者想要买甲醇汽车还太早
我们有一个美好愿景——目前全球有着超过13亿辆内燃机车款,并且这些车子在未来的数十年内都将会继续在路上行驶,合成燃料将可以帮助这些车主依然能使用这些车,不必因为碳中和需求而走入强制报废。
但其实甲醇燃料+甲醇发动机已经说了好些年,进展实在缓慢。
1、甲醇热值低,不利于家用车使用
甲醇的热值低,只有汽油的40%左右,60L的油箱能达到的续航,甲醇就得150L,这必然要挤占车内空间;如果要压缩油箱,续航则会遇到压力。
当然也可以采用吉利汽车走混动路线的思路。第4代帝豪醇电混动轿车搭载了全新一代1.8L醇电混动发动机,最大功率为97kW,并且同时提供了47L甲醇油箱与10L汽油油箱(只作为点火使用),电池方面则选择了1.83kWh三元锂电池。
帝豪醇电混动百公里醇耗9.2L,能耗使用焦虑不大。而且它在低速50km/h以内可以做到完全用电驱动,市区地面代步需求足够。负载更大时,则会让发动机介入。
只是这款车上市一年多时间,不论是从帝豪家族,还是从整个混动市场看,它的声量微乎其微,更像是吉利汽车的一种情怀产品。
2、规模边际效益有限,政策推动力不足
纯电能在短时间火爆全球,是因为各国想要摆脱石油的重度依赖。但发展甲醇,现在主要是依赖煤炭化工行业,这个偏门全世界也就只有中国还在继续大规模投入研发,其他发达国家都没有走这条路了。
其实对于国内来说,甲醇也不是随便就能开发的。
一来,甲醇属于煤炭能源工业产物,如广泛应用战略储备,会影响煤炭的生产与碳排。
再则,甲醇生产对原料煤要求不高,满足热值处于4400-5200K、含灰量小于10%以及挥发分适当即可,因此部分企业会将自有优质煤炭资源外卖,转而外采煤炭降低成本。
所以不论是从外因还是内因,甲醇资源都需要管控。
以新疆甲醇为例,有效产能达到482万吨,受政策限制,未来仅计划新增两套甲醇装置,分别是最快2025年投产的中泰化学100万吨焦炉气装置,以及最快2028年投产的新疆利泽鸿庆二氧化碳加氢制低碳甲醇项目。因此2025年之前,甲醇供应都紧张。
在国外,确实有像保时捷这种eFuels合成燃料技术的探索,但是中短期内的体量不大。
在智利的 Punta Arenas 开设工厂,目前这家工厂的产量是每年会产出 13万升的合成燃油,前期将会供应给原厂在赛事及旗下体验中心使用,之后每年的计划是生产 5.5千万升,但即便产量提升,其实体量也不大。
总结
新能源销量虽然体量还未能压过燃油车,但其实内部已经波涛汹涌,中国锂电池的快速普及和研发,直接跨过了甲醇等“半新”能源的研发阶段,未来在与燃油车的竞争中,集中火力的锂电发展速度恐怕还要更快。
要说甲醇技术好不好,真没有统一答案,它的优点和缺点一样明显,如果再没有政策的助推剂,这项技术只能作为一种备选机制而存在。