「研判」甲醇汽车是新能源汽车的捷径还是弯路?

「研判」甲醇汽车是新能源汽车的捷径还是弯路?

文/宝拉

除了常见的锂离子电动车外,新能源汽车还包括甲醇、氢气、太阳能等多种可再生能源。作为甲醇汽车的铁粉,吉利董事长李书福多次推广甲醇汽车。

今年6月30日,全球首款甲醇混合动力轿车吉利帝豪醇电正式上市,不仅让吉利汽车赚足了眼球,也让甲醇汽车成为业内业外关注的焦点。

醇行版售价12.98万元,百公里醇耗9.2L,每公里用车成本不到3毛钱,吉利帝豪醇电让甲醇汽车“香”了起来。

「研判」甲醇汽车是新能源汽车的捷径还是弯路?

那么问题来了,甲醇汽车是新能源汽车选择的捷径吗?

1.推出背景

最近十来年,国家层面密集出具相关政策推动甲醇汽车发展。

2004年国家发改委发布《汽车产业发展政策》中明确表示,国家支持鼓励汽车生产企业生产甲醇燃料等新兴燃料汽车;2012年,工信部牵头在五省市开展甲醇汽车试点;2019年八部委联合出台《关于在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》,在甲醇汽车制造体系建设、甲醇燃料生产及加注体系建设、甲醇汽车标准体系建设、甲醇汽车应用等四方面提出了指导意见。

1.1环保层面

所有新能源燃料的推出都离不开环保层面的考量,甲醇燃料正是环保燃料的一种,甲醇汽车不仅能大幅度降低汽油车尾气三种主要污染物,还能减少约27%碳排放。

早前我国宣布力争在2030年实现碳达峰,力争在2060年实现碳中和,这就意味着我国是历史上最短时间内要达到碳达峰和碳中和的国家。

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传统燃油车不仅有尾气污染,还有较高的碳排放,在新能源汽车还未兴起的2014年,交通领域的碳排放约占中国碳排放总量的9%,约达8亿吨。而在新能源汽车大量保有的2021年,每年在使用环节减少碳排放1500万吨左右。2021年我姑新能源汽车保有量784万辆,而燃油车保有量却在4亿以上,虽然汽车碳排放下降幅度没有特别的惊人,但是现在新能源汽车销量持续走高,以后每年成递增状态,十几年后将会极大地减少碳排放量。

此外,甲醇拥有可再生的属性,绿色环保,生产过程中的废气、废渣、废水都能循环使用。实现煤炭的高效清洁利用。

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1.2能源保有量层面

能源在国民经济中具有重要的战略地位,然而我国能源储备却是富煤缺油的状态,原油常年依赖进口,对原油并没有自主可控性,一但国际局势紧张,原油进口被制约,那么将会对社会发展造成极大的冲击。

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所以要保障我国的能源安全,需要系统整合和战略规划能源布局,调整我国能源消费结构,实现能源的自主可控性,那么我国丰富的煤炭资源就需要好好利用。

但是我国煤炭资源中40%以上是高硫煤,并不适合作为发电或工业燃料,但可用于生产甲醇。

2021 年,国内甲醇全年产能达到 9738. 5 万吨,一直处在产能过剩的状态,为甲醇汽车打下了产能基础。

2.甲醇燃料是什么?

甲醇又称羟基甲烷,是一种有机化合物,是结构最为简单的饱和一元醇,化学式为CH3OH,含氧量高于汽油等传统燃料,燃烧将会更充分。

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甲醇燃烧的化学方程式为2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O,充分燃烧后没有污染气体产生,所以被公认为清洁能源。而汽油成分复杂,燃烧后会产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等污染气体。

2.1甲醇燃料生产过程

生产甲醇的原料主要是煤、天然气、煤层气、焦炉气等,目前我国主要以煤炭为生产原料。

生产过程如图所示:

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首先是气化,将煤与氧气在高温下燃烧,进行CmHn+O2→CO2+H2O+Q反应,在缺氧的情况下,会发生CmHn+O2→CO+CO2+H2O+Q反应,产生CO(一氧化碳)。接着将变换,将前一步中的CO变换为氢气和二氧化碳,发生:CO+H2O→H+CO2+Q反应。然后对前面的粗煤气进行净化,除去CO2、H2S、COS等废气。然后将气体进行压缩,一般需要5-10MPa的压力,最后经过精馏精制得到甲醇。

2.2成本

目前我国甲醇产能过剩,所以甲醇燃料的价格并不高,一般情况下成本在1500-2000元一吨 ,价格比汽油便宜很多。

值得一提的是,甲醇汽车每公里成本比燃油车便宜较。据工信部公布的技术检测结果显示,甲醇汽车单位里程燃料费用可比同排量汽油车降低48%。

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所以甲醇汽车的燃料成本和用车成本远低于燃油车。

2.3甲醇燃料优劣势

甲醇燃料拥有成本低,污染少,携带方便等优势。

但是甲醇燃料同样有较多劣势,首先甲醇有毒性,会溶解和腐蚀金属和橡胶,所以保存和运输需要特别的处理,另外发动机也需要特殊设计。再者是甲醇燃料的密度低,因此甲醇汽车的油箱较大,势必会牺牲车内空间。

3.甲醇与其他能源横向对比

目前热门的新能源然有乙醇燃料、氢燃料,三者相比各有优劣。

3.1乙醇燃料

乙醇俗称酒精,现阶段我国的乙醇汽油并不是全部由乙醇组成,而是乙醇和汽油按照1:9的比例组成。

乙醇汽油的成本比普通汽油高,比甲醇汽油更高。此外由于乙醇汽油中普通汽油占比高,所以环保程度也远不及甲醇汽油。

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(日产e-Bio Fuel-Cell乙醇燃料电池车)

乙醇汽车主要在美国、巴西等国,我国乙醇汽车规模小,知名的只有东风公司的“含水乙醇重整富氢燃料汽车”。

3.2氢燃料

将氢燃料作为能源的有氢内燃车和氢燃料电池车两种车型,前者直接燃烧氢提供能量,不过直接燃烧氢的效率低,只能支撑短距离,所以并未成为主流。而氢燃料电池是将氢转变为电能驱动车辆前进,把氢输入燃料电池中,氢原子的电子被质子交换膜阻隔,通过外电路从负极传导到正极形成电能,相比之下效率更高,该种车型可以理解为一辆“自带氢燃料发电机的电动车”,目前氢能汽车主要走氢燃料电池路线。

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(现代NEXO氢燃料电池车)

氢燃料电池拥有诸多优势,一方面由于反应产物为水,因此绿色环保;另一方面补能迅速,堪比油车加油速度;最后性能优秀,媲美燃油车。

限制氢燃料电池汽车最大的因素为高成本,一方面加氢站费用高昂,另一方面氢能制造成本高,造车成本也高。此外氢能还有不易储存、制造过程污染环境、能量转化率低等劣势。

氢能普遍被汽车厂商看好,国内上汽、吉利、长城、比亚迪等都已经开展相应的研究,已经有上汽大通MAXUSEUNIQ7、吉利氢燃料电池公交客车F12、广汽传祺Aion LX Fuel Cell、长安CS75 FCV等产品推出。

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(长安CS75 FCV氢燃料电池车)

丰田、宝马、沃尔沃、现代德国国外车企同样大力发展氢能源汽车,目前处于国际领先地位的为日系品牌丰田,拥有70%以上的氢燃料汽车相关专利,拥有Clarity系列、MIRAI等氢燃料电动车。

4.甲醇汽车技术路线

甲醇汽车和氢能汽车类似,有多种技术路线。

4.1甲醇发动机

甲醇内燃机和燃油车发动机类似,只不过把汽油换成了甲醇。

代表企业为吉利汽车,目前已经将其自主研发的甲醇发动机运用到了卡轻卡、客车和多种车型上。

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(吉利帝豪醇电混动)

代表车型为吉利第4代帝豪醇电混动轿车,售价12.98万元,由一台醇电混动专用发动机和混动电驱系统构成醇电混合动力。该款发动机热效率为1.5%,该车最大功率132马力,百公里加速8.8秒,百公里醇耗9.2升,每公里出行成本低于0.3元。

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4.2直接甲醇燃料电池

第二种和三种技术路线类似,都是将用甲醇发电,再用电能驱动车辆前进。

直接甲醇燃料动力电池的工作原理为直接将甲醇放入堆,通过氧化还原等反应将化学能转化为电能。拥有结构简单、使用方便、能量密度高等优势,劣势在于能量转化效率低,发电功率小。

4.3甲醇重整燃料电池

第三种路线则是先用甲醇制造氢源,再将氢源的化学能转变为电能驱动车辆前进,可以理解为由甲醇重整系统和氢燃料电池两部分构成的电池。第三种路线会比前两者成本更高,设备更复杂,但是拥有更高的能源利用效率。

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(奥迪Gumpert Nathalie)

代表车型为奥迪的甲醇燃料跑车Gumpert Nathalie,据悉该车型甲醇燃料箱容积65升,搭载4个电机,最大马力可达530匹,百公里加速2.5秒,最高时速为300 km / h,续航里程800公里以上。

5.醇汽车市场格局

5.1国内市场

毫无意外,多次为甲醇汽车站台且是国内最早研发甲醇汽车的吉利是国内市场的领导者,拥有核心专利技术方200余件,开发出了甲醇燃料商用车、乘用车共20余款车型,总计投放市场2.7万辆,单车最高运行里程120万公里,总运行里程近100亿公里。

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(吉利甲醇轻卡)

此外还包括潍柴动力、南岳电控、华菱星马、陕重汽、宇通汽车等企业参与甲醇汽车的研发制造。

5.2国外市场

甲醇第一次作为汽车燃料是在1970年代,奔驰基于S级轿车平台开发出一款甲醇内燃机轿车(4.1技术路线),此外还推出了Necar 3(4.3技术路线)。此外本田采用了甲醇重整(4.3技术路线)推出了多款车型。

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(奔驰Necar 3)

目前世界各大汽车厂都开发了许多不同方案的醇燃料汽车,甲醇汽车已经在全球70多个国家使用,不同级别车型尺寸均有。

写在最后:

从能源储备、反应产物、使用和制造成本、技术沉淀来看,甲醇汽车都是在新能源汽车赛道上的弯路,不过由于需大量的甲醇燃料加注站基础设施和确保运送储存的安全性,甲醇汽车也并不是新能源汽车的捷径。

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