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甲醇电车是可行的最佳路径吗?|专题

2021年06月23日 11:32:01
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来源:禾颜阅车

【导语:李书福一直大力倡导甲醇汽车,在刚刚举办的中国汽车重庆论坛高端访谈上,再次申明发展甲醇汽车的矢志。和氢能源一样,甲醇汽车的优势和弱点同样突出。经过几十年都没有发展起来,说明其短板还是明显的。但主流的电动汽车难堪重任,锂电池仿佛扶不起的阿斗。现在,将甲醇、氢、电结合起来的技术路线兴起,似乎成了最优的解决方案。】

撰文|陈德军、编辑|康乔

甲醇汽车让人又爱恨,腐蚀性强,毒性也大,不大好控制。但在环保方面的特殊性能,却的确令其他“新能源”望尘莫及。多年以来,汽车狂人李书福一直押宝甲醇汽车。今年6月13日,在以“融合发展·智领未来”为主题的2021中国汽车重庆论坛高端访谈上,李书福提及:“我们多年来一直在探讨甲醇汽车的发展,二氧化碳+氢气就是甲醇,中国在能源多样化战略方面一定要走出一条自己的发展道路。”

新能源面临的多岔路口

新能源一直面临许多选择。以锂电池为基础的电动汽车是目前的新能源一哥。但性能表现实在不尽如人意,一会是里程焦虑,一会是寒区趴窝,一会又自燃起火……,尤其是电池本身的污染性很可能会终结锂电时代。

电池汽车总让人感觉力不从心,所以全世界出现了五花八门的竞争者。人类在尝试着多种替代途径,比如超级电容器、飞轮、氢、甲醇等等不一而足。每一种新能源都是赛道上的选手,竞争激烈,争相成为电动汽车的替代者。

比如氢燃料电池,被许多人认为是新能源的终极方案,总有一天会替代现在的电动汽车。氢燃料电池是将氢气和氧气结合起来产生电力、水和热,其反应产生的废料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外,主要是水。燃料电池的做功比氢气单纯燃烧的效率要高2-3倍,且安静无污染。看起来的确比传统电池更环保、更有优势。

甲醇同样优势明显,甲醇的化学公式是CH3OH或者CH4O。它所包含的是氢、氧、碳三种元素。燃烧以后生成的仅仅是二氧化碳和水而已,相比燃油车型会更加环保。

甲醇汽车产生的PM2.5排放比同排量传统汽油车要低80%。最为重要的是,甲醇经济性突出,从储量丰富的煤炭中极易获得。又便宜又无污染,这才是发展新能源的意义所在。

甲醇车的技术储备已经完成

甲醇汽车的弱点已被逐渐克服。相比于汽油,甲醇对金属具有腐蚀性,需要配置专门的容器和传输管道。经过十几年的研发,甲醇的腐蚀性已经被吉利等厂商驯服。

吉利汽车、陕重汽、宇通汽车等都在研发和生产甲醇汽车,产品也经过了许多年的实践检验。

吉利汽车从2005年开始研发甲醇汽车,5年之后,克服甲醇汽车低温启动、腐蚀、磨损、排放、灵活控制等技术难点,实现了第一代M100(不掺汽油的甲醇燃料)甲醇汽车产业化。现在,吉利还在中国西部一些城市测试甲醇出租车,并在其商用车部门开发甲醇动力卡车。

在2017年全国两会上,吉利控股集团董事长李书福就开始呼吁甲醇汽车在全国各大城市都能上牌照。同年,吉利开始投资建设年产能为30万辆的贵阳吉利甲醇汽车基地。

在今年举办的“融合发展·智领未来”为主题的2021中国汽车重庆论坛高端访谈上,李书福再次甲醇汽车的重要意义。

经过众多企业和科研机构的不懈努力,甲醇车用所需要的技术储备基本完成。

电、氢、甲醇各有软肋

电池可能会越来越贵。因为每个电池都需要一定量的镍、钴、锂,电动车上还有铜等各种金属。因为材料成本占比较大,所以成本并不会随着产量增加而有明显的减少。反而由于物以稀为贵,贵金属用量越大,越会把价格推高。

电池能量密度就像扶不起的阿斗。人类用了百年时间,将电池能量密度从90千瓦时/立方米提高到260千瓦时/立方米,并没有实现质的飞跃。特斯拉的电池、比亚迪的刀片电池,大概就是260千瓦时/立方米。这个数据和其他能源相比十分可怜。汽油的能量密度是8600千瓦时/立方米,柴油是9600千瓦时/立方米,甲醇液体是4300千瓦时/立方米。

不堪重用的能量密度,导致要么续航里程短,要么需要在车上搭载大量的电池,这两项都是很难被容忍的。

冰天雪地是电车的禁区。我国北方地区广袤辽阔,东北、西北、云贵,甚至北京、山东有高寒季节。全世界来看,80%的经济产出是北纬25度以上的城市带来的,比如纽约、伦敦、巴黎、莫斯科、东京、多伦多……,都是消费力强,但是不适合电动车的地区。

氢能曾经十分被看好,被许多人认为是新能源的终极方案。上世纪90年代末一直到2005、2006年,美国掀起了一轮氢能与燃料电池热。这个期间美国花了上百亿美金在燃料电池的研发上。小布什总统在他的国情咨文演讲时宣布:美国能源部将花重金开发氢燃料电池汽车,期望15年后每一个美国人开的车后边排放的都是水蒸气。然而时至今日,全世界的氢燃料电池车不过3万多辆,美国不到1万辆。

氢气的储运太难了。它的体积能量密度极小,为了增加体积能量密度,只好把压力增加。目前的氢燃料电池车里的储氢罐,都是350和700公斤大气压。储氢罐如果用不锈钢设计必须做得非常厚。一方面是重量的增加,另一方面过高的压力也意味着安全隐患。

氢气是元素周期表中最小的分子,因此最容易泄露。在露天问题还不大,就算发生意外,因为氢气轻,着火之后,一条火龙冲上天,汽车驾驶室的温度一下子升不了那么高,人还是有时间逃逸的。

但如果是封闭的空间麻烦就大了。氢气是爆炸范围最宽的气体,4%到74%。在空气中的含量小于4%是安全的,大于74%只着火不爆炸,但是在4%到74%这个宽泛的范围内,遇火星就爆。而现在停车位普遍紧张,大量的汽车需要停在地下停车场,如果都储存着氢气,那是十分危险的。

由于氢气本身的安全问题,所以加氢站、氢气储运环节都需要小心翼翼。普遍来说,加氢站储氢装置应该满足能承受高压、具备在线监测功能、发生危险自动报警等要求。要满足这些要求,加氢站的建设成本不可能太低。

甲醇没有这些麻烦,但是甲醇发动机的动力性的确不如传统燃油,甲醇热值比汽、柴油低,在释放相同的能量时,甲醇的消耗量确实要比汽、柴油多,假设加满一箱汽油可以行驶500公里,那么加满一箱甲醇汽油可能只跑400公里左右。甲醇的腐蚀性还造成了发动机燃油泵易坏。另外,环境气温低于15度发动机不易启动,甲醇对机油有乳化破坏作用,这些问题虽然可以解决,但都意味着成本的增加。

新路径:从甲醇到氢再到电

如果把甲醇、氢、电结合起来,就可以把弱点都规避掉,把强项充分发挥。

甲醇对发动机不友好,那就用电动机。氢气不好存储,那就储存甲醇。

从技术上说,甲醇汽车很可能和氢能源汽车发生联姻,产生一种结合体。这种结合体本质来说是氢能源汽车,也就是燃料电池汽车。而它所携带的燃料,并不是氢,而是甲醇。甲醇分解出氢,再用氢发电,再由电驱动汽车。甲醇作为储备氢的介质发挥作用。

甲醇是很好的储氢的载体。甲醇和水反应可以制氢,1升甲醇可以放出143克的气,也就是1升甲醇可以储2升液氢,比直接存液氢的效率还高,并且比起用储氢罐安全又经济得多。

甲醇价格低廉。可以从煤、天然气来制。未来技术成熟,还可以用太阳能催化二氧化碳和水来制甲醇,就变成完全绿色并且取之不竭的能源。中国在生产甲醇方面具备战略优势,产能全世界最高,大概8000多万吨,接近汽油1/4的产量。

页岩气革命让世界发现了将近200年用不完的天然气,那就意味着200年用不完的甲醇。

甲醇有个非常好的特点,在常温常压下是液体,不需要特殊的容器,矿泉水瓶就可以装。在陆上可以方便的用管道输送,在海上用船运也非常便宜,每吨的运费大概才50块钱。

同样因为是液体能源,现在的加油站,稍加改造就可以变成甲醇站,成本比较可控。这比大规模建造、维护加氢站、充电桩方便得多。

由此可以试想一种新的混电模式。车上永远储备着几十升的甲醇。平时在家就用慢充模式,充一晚上,白天正常跑。一旦电力不足,就用甲醇释放氢,用氢发电给电池续能。这样,续航里程、寒区、安全性就都不是问题。重点是对基础设施的要求低,不需要大量建设充电桩和专门的加氢站。只需要在现有加油站的基础上稍加改造,原有的设施不用废弃就可以发挥新的作用。

点评

到现在为止,人类还没有找到燃油的完全替代品。所以在新能源领域呈现了百花齐放的局面,现在的各种技术路径虽然各有优势,但都不是终极解决方案。甲醇到氢,氢到电的技术路径,为新能源汽车提供了更优良的选项,也使人类距离清洁、持久的能源越来越近。

(本文系《禾颜阅车》原创,未经授权,不得转载)

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