能源环境约束下的中国甲醇汽车产业化可行性及前景

中国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，石油是中国能源安全的核心。根据国家统计局发布的数据，2017年，中国原油表观消费量6.1亿吨，国内原油产量1.915亿吨，原油进口量4.196亿吨、出口量486.34万吨。我国原油对外依存度已经超过了68%，加上进口的石脑油和液化石油气等折算值，有专家认为，2017年中国石油对外依存度已升至72.3%。目前国内已探明的石油总储量约1000亿吨，天然气总储量约50万亿立方米，煤炭储量为45521亿吨。在我国能源探明储量中，煤炭占94%，石油占5.4%，天然气占0.6%。2015年，中国一次能源消费结构中，煤炭、石油和天然气分别占63.8%、18.0%和5.9%;非化石能源消费占比为12.3%，其中水能、核能和其他可再生能源分别占8.7%、1.3%和2.3%。以上数据说明我国是以煤为基础能源的国家，因此国家制定了“节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展”的能源方针。

图1 2016 年全球、欧盟、美国、日本、中国能源消费结构

随着对环境保护重视程度的增加，柴油车的污染问题也 越来越突出，重型柴油车尤其显著。分析表明，柴油机尾气是京津冀雾霾的主要贡献者之一。环境保护部发布的《中国机动车环境管理年报 (2017)》显示，2016年，全国机动车保有量达到2.95亿辆，比2015年增长8.1%全国货车排放的 NOx 和 PM 明显高于客车，其中重型货车是主要贡献者;全国柴油车仅占机动车保有量的 10.2%，但全国柴油车排放的 NOx接近汽车排放总量的70%，PM超过90%。控制柴油车排放成为打赢蓝天保卫战的关键措施之一，而采用清洁燃料能够有效降低柴油车排放。

01、甲醇汽车产业发展历程

国外的甲醇汽车产业在上个世纪80年代达到顶峰，美国、日本、德国等国家先后制定了相关的政策法规来促进甲醇汽车产业的发展，这段时间甲醇汽车产业发展的关键在于石油危机，例如1973年中东战争引发的西方世界石油紧张和1978年伊朗伊斯兰革命导致的的西方世界石油危机。这在一定程度上对西方国家和世界敲响了能源安全的警钟，主要发达国家随即开始加大投入研究石油的替代能源问题，开展有效的新能源和节能技术。但是，20世纪80年代末期至90年代初期，世界石油价格回落并趋于稳定，同时甲醇的生产成本不断提高，以及天然气的崛起，在那样的环境之下，甲醇的价格的比较优势不再明显，导致甲醇燃料市场开始萎缩，难以与汽柴油、天然气、乙醇等燃料展开竞争，并抑制了甲醇汽车产业发展。

我国甲醇汽车产业的发展经历了三个阶段，分别是起步发展阶段，同步成长阶段，引领发展阶段。起步发展阶段主要是从 1973 年至 1985年，这一时期，我国受欧美国家大范围研发甲醇替代能源汽车的影响，也几乎同步开展了甲醇汽车及燃料的相关研究。同步成长阶段主要指 1986 年至 1995年，这一时期，我国关于甲醇汽车及燃料的研究逐渐同步，研究涉及的领域逐步全面，国家亦在相关领域给予了一定的支持。引领发展阶段主要指 1997年至今，这一时期，我国关于甲醇汽车及燃料的研究持续推进，研究领域更加全面深入，并领先于世界，同时，国家也积极出台相关政策支持甲醇汽车及燃料领域的研发。2017年，国家甲醇汽车试点示范验收工作已正式结束，示范结果通过验收，标志着我国甲醇汽车及燃料技术已经成熟。

02、甲醇汽车燃料供给能力分析

图2为中国甲醇产能、产量趋势图，2016年，我国甲醇产能达到7855万吨，表观消费量约为5100万吨左右，过剩产能2755万吨，相当于我国2016年9.6%的汽柴油消费量，因此，可充分利用将过剩的产能转化为甲醇燃料，满足甲醇汽车消费市场，根据我国甲醇产能产量年均8%-10%增速测算，我国在2020 年底，甲醇产能将达到1.1-1.3 亿吨，表观消费量达0.7-0.8 亿吨，富裕的甲醇产能可以转化为甲醇燃料产量，2016年我国富余的甲醇产能达到 0.4-0.5 亿吨，实现对汽柴油的替代比例可达到 11%至 14%;到2030年，甲醇产能将达到2.4-2.7亿吨，表观消费量达1.7-1.9亿吨，甲醇燃料的产量能够达到 0.7-0.8 万吨，实现对汽柴油的替代比例可超过15%;由此可见，从资源潜力来看，甲醇可作为我国汽车产业发展过渡时期车用替代燃料的重要补充，过剩的甲醇产能可以充分利用来弥补我国不断扩大汽柴油需求缺口。

图2 中国甲醇产能、产量趋势图(2000-2016 年)

03、甲醇汽车减排效应分析

图3为不同替代燃料常规气体排放对比图，由图可知，甲醇燃料在 HC 和 NOX的排放数据非常好，显著优于天然气、汽柴油和石油气。HC排放量比汽柴油车降低 55%-60%，NOX排放量仅次于二甲醚，CO 排放量比汽油降低了75%，亦较天然气、乙醇有一定优势。综合各项指标，甲醇汽车燃料的污染物排放相对汽柴油燃料、天然气燃料、乙醇燃料拥有比较优势。尤其是 HC 和NOX两项指标较低，能够有效降低 PM2.5 的排放数值，对于国家交通领域空气治理意义重大。

图3 不同汽车燃料常规排放量测试对比(单位 g/km)

随着全球对温室气体排放量的关注，汽车领域探索了减少温室气体排放量的诸多措施和路径。以往考量汽柴油车和各种替代燃料汽车排放指标仅仅关注汽车运行期间的温室气体排放量，现阶段考量指标则增加了燃料生产阶段温室气体排放量，也成为全生命周期温室气体排放。燃料全生命周期温室气体排放主要有两个阶段，分别是由Well-to -Pump(WTP，矿井到加油站)和 Pump-to-Wheel(PTW，加油站到车轮)两个阶段组成。

从全生命周期 GHG 排放数据来看，甲醇汽车排放量高于 EV、CNG，与汽油车、LNG 排放量相当，数据说明：除了 EV 和E80车以外，不同燃料汽车单车全生命周期 GHG 排放量的差异并不显著，如果想实现全生命周期 GHG排放量的降低，就必须依靠在燃料生产阶段的排放量，而根据我国甲醇燃料的生产特征，在此阶段仍有较大的 GHG 减排空间。

图4 不同燃料全生命周期 GHG 排放对比

目前，从我国甲醇燃料生产过程来看，煤制甲醇比例达到 77.3%，焦炉气制甲醇比例 8.9%，其中，焦炉气主要是废气，实际过程中焦炉气制甲醇在WTP阶段的 GHG 排放量为-286g/mi，这样，如果在 WTP 阶段采用焦炉气制甲醇，测算出的全生命周期甲醇汽车 GHG 排放量降低至74g/mi,将形成显著的排放优势(见图 4)，远低于其它燃料汽车 GHG 排放量。

图5 不同甲醇生产方式下GHG的排放

04、甲醇车用燃料经济性分析

目前，甲醇汽车大都应用于公共交通领域和工业企业领域，对车辆购置费和燃料成本非常敏感，保证甲醇汽车的经济性才能扩大消费群体增长，扩大市场需求。根据我国甲醇汽车示范运营车辆运行相关数据显示，甲醇汽车具有良好的经济性。一方面，甲醇汽车购车价格较低，相同功率性能的甲醇汽车价格低于同类型汽柴油车和其它替代燃料汽车;另一方面，单位里程下的甲醇汽车运行费用低于汽柴油车。百公里甲醇汽车的燃料费用大概为汽油车的67%，年行驶费用能够节省三分之一。图6为不同燃料价格对比，由图可知，从2009年以来的燃料价格看，使用甲醇燃料比使用汽油可节省约55%的燃料成本，比使用天然气节省约20%的成本，比使用柴油节省约29%的成本，所以，甲醇用作车用燃料，相比于汽油、天然气、柴油，成本更低，更具有经济性。

图6 不同替代燃料价格对比

05、结论

综合，发展甲醇汽车产业既是缓解我国石油资源紧张状况的现实选择，对保障我国能源安全、促进节能减排具有战略意义，甲醇汽车是我国车用替代能源汽车的重要组成部分，甲醇燃料在我国车用替代能源电、乙醇中有明显的替代优势。我国应发挥甲醇汽车的资源、环保、经济优势，大力推广甲醇汽车。