合成燃料OME,柴油的替代燃料

作者:Richard Backhaus 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2018-04-11
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目前,日益恶化的环境对汽车领域提出了越来越苛刻的要求,通过电力帮助生产出来的合成燃料能够明显地减少CO2排放,但在合成燃料的工业化生产过程中还有一些障碍需要攻克。

德国的CO2减排战略陷入了进退两难的境地:一方面,欧盟的目标是到2030年CO2的排放量比1990年最少降低40%,而到2050年甚至要减少95%;另一方面,作为减少CO2排放的有利工具,目前汽车还远远没有达到电动汽车的水平。局联邦道路交通局KBA介绍:2017年上半年新登记的近180万辆汽车中只有不到一万辆是纯电动汽车。由于上路的电动汽车数量太少,在未来几年里电动汽车仍然无法对减少CO2排放做出重要贡献,要达到理想的碳中性水平,电动汽车仍然需要电力能源来支撑。

OME(氧亚甲基醚)过渡技术

按照电-液原理(PtL)生产出来的合成燃料可以认为是在技术过程中运输有关温室气体排放的国度技术。在该过程中,CO2的排放形成了一个封闭循环,生产合成燃料时“吸收”了多少CO2,则在合成燃料使用时就会“释放”出多少CO2。在合成燃料生产过程中,通过对水的电解而获得氢,然后将氢与二氧化碳合成为中间产品甲醇,并最终生产出现OME氧亚甲基醚(Oxymethylenether)。OME 3-6这些数字也定义了OME分子链的长度。同时,因为OME的参数如十六烷值、沸点和闪点等都与柴油非常接近,所以OME已经被证明是非常适合于柴油发动机的合成燃料。

奥迪的试验设备利用CO2、水和清洁能源生产出了合成柴油。

奥迪的试验设备利用CO2、水和清洁能源生产出了合成柴油。

在过去几年里,大陆集团一直致力于对合成燃料的研发,并成功地完成了合成燃料的测试试验。“我们试验车辆的实际测试表明,含有15%OME合成燃料的柴油在技术上有着很好的兼容性,能够实现每公里CO2减排8g的目标。同时,因为OME合成燃料燃烧时几乎不排出烟尘颗粒物,所以柴油烟尘排放也相应地得到了减少。” 大陆集团公司欧洲动力总成部技术和创新领导人Oliver Maiwalg博士说。

进入市场分两个阶段

如此具有前瞻性的合成燃料,在进入市场时分为两个阶段。首先,这种燃料进入市场的第一步是与柴油混合,这不得不说是一种很有魅力的措施,现有的车辆无需任何技术改进就可以直接利用这种混合了合成燃料的柴油,而达到减少CO2排放的目的。同时,这中混合柴油不仅适用于轿车也适用于商务车,而且在现有的加油基础设施也无需任何改变。

第二阶段的任务是将纯OME合成燃料作为燃油,但纯OME合成燃料的热值要低30%左右、润滑性能也较差,因此要对柴油发动机进行适当的匹配性能调整。使用OME合成燃料对从燃油喷射到燃烧、原始排放物组成成分、排气后处理系统和传感技术直至诊断技术的整个发动机工作过程都有一定的影响。在排放方面,可以通过提高OME合成燃料燃烧时的废气回收率来降低氮氧化物排放和颗粒物的排放。“即便是使用OME合成燃料也无法完全避免氮氧化物的排放,我们必须清楚在OME合成燃料中我们主要解决的是CO2的排放问题,而不是氮氧化物排放问题。” Maiwald博士说。

资源整合,协同合作

目前,OME合成燃料投放市场的最大障碍是工业化生产的生产成本。据三菱日立电力系统公司的报道,对于年产10万吨甲醇的生产厂来讲,其设备和OEM合成燃料技术的研发就需要投入2.5亿欧元的资金。“因此我们在考虑成本费用问题的同时更要侧重于CO2的排放,不能始终紧盯着交通行业。这涉及到交通、工业和能源三大领域中的智能联网。” Maiwald先生说道。

大陆集团公司的柴油试验车在柴油中混合了15%的OME合成燃料实现每公里减少CO2排放8g的目标。

大陆集团公司的柴油试验车在柴油中混合了15%的OME合成燃料实现每公里减少CO2排放8g的目标。

目前,最有利的方式就是跨企业部门间的协同合作,利用工业生产过程中或者发电厂产生的CO2和多余的能源来生产制造OME合成燃料。这样做的优点是显而易见的:一方面通过跨企业部门之间的相互合作实现优势互补;另一方面又可以通过节约成本来相抵单独生产时较高的生产费用。就气候保护而言,目前政策部门正在大力推行这种多企业跨部门之间的合作方案。联邦政府经济部、能源部(BMWi)和教育与研究部(BMBF)目前正在制定相关的开发计划,预计在2018年就会启动研发项目。

另一方面,作为没有采用这种多企业的跨部门间合作的OME合成燃料生产解决方案,该方案只有在OME生产过程中使用的电力是可再生能源的,例如利用水利、风力或者太阳能发电的情况下才能够实现碳中性的目标。也只有这样才能够实现生产成本最小化和生产能力最大化,这种情况在欧洲中部地区是非常罕见的,而在斯堪的纳维亚地区、非洲、中东地区、美国以及在澳大利亚则是有可能看到的。

奥迪的试验设备

在2014年底,奥迪公司就在德累斯顿-里克地区建立了一种合成柴油燃料的生产厂。当地的能源技术公司Sunfire公司也是这一项目的合作伙伴。合成柴油生产厂以清洁能源为一次能源,所需CO2的大部分由沼气厂提供,一小部分直接从环境大气中获取。与其他工艺技术方案相比较,整个工艺流程的总效率是非常高的,达到了70%左右。

对于汽车生产厂家来讲,低CO2燃料的问题是这种减排燃料是以何种方式计入车辆消耗中的。在混合动力汽车和电动汽车中,车辆燃油测试循环中有关的电力驱动部分以及CO2的检测和考察情况都可以清晰地展示并且完全可以计算出来,而且不用考虑发电过程中产生的实际排放量。“目前,我们正在非常深入地探讨这一问题,预计最早在2025年时就可以有大量的OME混合燃料上市。” 大陆集团公司的Maiwald先生高兴地说道。

 

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