二甲醚——中国能源安全与环境保护之路

　　改革开放以来，我国经济快速发展，能源的消费也不断增长，目前我国已是仅次于美国的世界第二能源生产与消费国，世界第一煤炭生产与消费国，世界第二石油消费国。从1993年起，我国已从石油出口国变为进口国，2006年我国石油消耗3.29亿吨,其中进口原油高达1.45亿吨，石油对外依存度已达44%。预计到2020年，中国的石油需求量为4.5－6.1亿吨，石油对外依存度将达到55%以上。我国的石油安全已成为亟待解决的重大问题。
　　与此同时由能源利用过程中产生的环境污染问题也困扰了我国的经济发展，据2006年中国环境公报，在全国开展检测的522个城市中，空气质量达到一级标准的城市仅占4.2%。三级标准或劣于三级标准的城市占39.7%。我国已是世界最大的二氧化硫排放国，酸雨区已占国土面积的30%，每年造成的损失超过1100亿元。近年来，随着我国汽车保有量的高速增长，汽车排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。
　　作为世界上人口最多的发展中国家，我国能源的开发利用已成为我国可持续发展的关键，所面临的能源供给和环境保护的双重巨大压力，已成为限制我国经济发展的瓶颈。因此，针对我国自然条件和“富煤、少油”的能源资源特色，合理利用我国的能源资源，尤其是煤炭资源，开发新型的清洁能源已经迫在眉睫。
　　二甲醚(Dimethyl0ether)，简称DME，是一种无毒含氧燃料，常温常压下为气态，常温下可在五个大气压下液化，易于储存与输运，二甲醚能从煤、煤层气、天然气、生物质等多种资源制取，能实现高效清洁燃烧。二甲醚作为一种新型二次能源具有很大的发展潜力和市场前景，
　　二甲醚作为燃料的历史很短，1995年丹麦技术大学、Haldor0Topsoe0A/S、Navistar、AVL、AMOCO公司等首先将二甲醚用做柴油机燃料，性能研究结果表明，燃用二甲醚燃料的柴油机，在保持原柴油机高热效率前提下，碳烟排放为零，氮氧化物和微粒有害排放有较大幅度降低。显示了二甲醚燃料可十分理想地作为洁净代用燃料，实现柴油发动机超低排放的前景。由于DME燃料的卓越性能，近年来欧洲、日韩和俄罗斯等国家十分看好二甲醚燃料的市场前景和环保效益，纷纷开展二甲醚燃料发动机与汽车的研发。在欧洲VOLVO汽车公司1998年研制出了首台二甲醚大客车样车用于试验示范。在日本JFE公司、产业技术综合研究所、交通公害研究所、五十铃汽车公司等近年分别研制了近十辆二甲醚卡车样车和城市客车样车，建立了数个二甲醚车用加注试验站，计划在政府支持下，近年内规模化推广二甲醚汽车。俄罗斯和韩国也已开发出各自的二甲醚汽车样车。此外日本JFE公司还开展了二甲醚发电和二甲醚热电联供示范。
　　为了促进二甲醚清洁燃料的发展，2001年成立了国际二甲醚联合会（International8DME8Association，简称IDA），在亚洲日、韩和我国相继成立了本国的二甲醚联合会。第1、2届国际二甲醚大会分别于2004年和2006年在法国和英国举行。亚洲第1、2、3届二甲醚大会分别于1994年。1995年和1996年在日本东京、中国上海和韩国仁川举行。
　　二甲醚燃料的环保性和对国家能源安全的重要性已引起我国政府有关部门的重视，，2006年6月15日国家发展改革委在京召开了二甲醚产业发展座谈会，指出实施替代能源战略是抑制高油价影响的重要措施，发展二甲醚等煤基醇醚燃料有利于迅速缓解石油供应短缺矛盾，是近期替代工作的重点，国家对二甲醚等能源替代产业的发展十分重视。国家科技部、教育部、国家自然科学基金委、中科院都先后启动了一批二甲醚制备技术和二甲醚发动机、二甲醚汽车研发项目。
　　在二甲醚生产上，目前我国已经具备建设百万吨级两步法生产二甲醚装置的能力，我国两步法生产二甲醚的全套技术拥有完全自主知识产权。近年来二甲醚生产与建设投资呈井喷之势，2002年，全国二甲醚总产能仅3.18万吨，产量约2万吨；到2006年，产能超过48万吨，产量达32万吨，年均增长率分别达到97%和96%。我国山东、陕西、四川、内蒙古、新疆、安徽、江苏、上海等地已建成或正在建一批数十万吨到数百万吨规模不等的二甲醚制造基地，其中有：由中国中煤能源集团公司、中国石油化工股份有限公司、申能（集团）有限公司、中国银泰投资有限公司和内蒙古满世煤炭集团有限责任公司投资建设的内蒙古鄂尔多斯300万吨二甲醚及其配套工程已经启动，投资总额为210亿，预计于2010年正式投入生产，生产的二甲醚将通过管道输送至京唐港，进一步通过海运输送至能源较为紧缺的华东、华南地区；山东久泰集团在内蒙古鄂尔多斯的100万吨二甲醚项目，新奥集团在内蒙古鄂尔多斯的60万吨二甲醚项目、在张家港80万吨等都已启动建设。预计到2010年，我国的二甲醚总产能将超过1500万吨。
　　二甲醚作为一种新型二次能源的生产成本，取决于二甲醚燃料制造工艺和生产规模，根据我国研究者提供的资料，在煤田附近，以煤为原料，采用浆态床年产百万吨级规模制取二甲醚，生产成本在1500元/吨以下。1吨柴油和1.48吨二甲醚发热量相同，二甲醚在价格上应具有较强的竞争力。今后若采取以多联产系统，将使成本以及过程能耗进一步下降，另外随着燃油税的出台，二甲醚在经济性上的竞争力更强。
　　在二甲醚发动机与汽车研发上，国内上海交通大学研究工作与国际同步。上海交通大学自1997年起，在国家自然科学基金和国家杰出青年科学基金资助下，对二甲醚燃料的喷射、雾化、混合、燃烧与排放机理、发动机部件磨损、材料相容性和可靠性进行了系统的研究，在此基础上，2003年上海交通大学与上海汽车工业（集团）公司承担了国家科技攻关项目，研制了具有完全自主知识产权的适合于新型二甲醚燃料特性的发动机燃料供给、喷射系统和燃烧系统和车用二甲醚发动机。2005年成功研制了我国第一台二甲醚城市大客车，通过了国家科技部的成果验收。研发的二甲醚汽车和发动机经国家重型汽车质量监督检测中心和国家机动车产品质量监督检验中心检测，二甲醚发动机整机动力性、经济性、排放和噪声均优于原柴油机。二甲醚汽车动力强劲，车内外噪声比原型车分别下降了2.1和4.4分贝，排放远优于欧Ⅲ排放限值、碳烟排放为零，彻底解决了城市公交车冒黑烟的问题。目前已获8项国家发明专利授权，这是我国汽车领域的一项具有自主知识产权的重大科研成果。
　　针对二甲醚汽车的产业化,8目前在国家发改委、国家科技部和上海市经委的支持下,8形成了由上海交通大学、上海柴油机股份有限公司、上海汽车工业（集团）总公司、上海华谊集团公司、新奥九环车用能源有限公司、上海星地环保设备有限公司等单位组成的二甲醚汽车研发的产学研团队，通过产学研合作，正在进一步实施二甲醚发动机、汽车产业化和二甲醚汽车示范运行工作，已完成10辆二甲醚公交车小批辆试制，研制成功的二甲醚公交车已于2007年9月18日投入上海147路公交车车队试验运行与示范,8同时建成了国内第一个车用二甲醚加注站。
　　二甲醚城市客车的研制成功，标志着我国二甲醚汽车的研发已与日本、欧洲同处国际前列水平，对发展具有中国特色的汽车代用燃料体系，缓解石油供需矛盾，保证我国能源安全及环境保护具有战略意义，同时对发展具有中国资源特色的汽车产业意义重大。
　　
(黄震，教育部长江学者奖励计划特聘教授，国际二甲醚协会副主席。现任上海交通大学能源研究院院长。长期从事石油替代途径与清洁能源汽车、燃烧与环境技术研究工作。)