甲醇汽车能否成为新能源汽车的下一个风口?

◇假如国内三分之一的车辆使用绿色甲醇燃料,每年可减少8000万吨的石油进口,回收1.32亿吨二氧化碳,保障我国交通领域能源安全,助力碳达峰碳中和

◇甲醇重卡与LNG和柴油重卡相比,突破燃料需要国外进口保障的能源安全挑战;与纯电重卡比,突破续航里程限制;与氢燃料相比,突破液态氢燃料高压低温易爆的安全隐患,且可作为氢的载体与氢能在汽车动力领域转化使用

在位于山西省晋中市的吉利远程新能源商用车集团甲醇重卡总装车间,工人在组装甲醇重卡(2024 年 2 月 2 日摄) 王劲玉摄 / 本刊

甲醇(CH3OH),低碳、含氧,燃烧更加彻底,排放后只产生少量碳氢化合物,是世界公认的清洁燃料,被称作“清洁的煤”“廉价的油”“移动的电”“液体的氢”。

近期,《瞭望》新闻周刊记者采访了解到,我国作为甲醇产、销、用大国,得益于甲醇制备技术、应用技术的发展,以甲醇作为燃料的轿车、重卡等车型正在被广泛应用,取得较好的减排效果。

在新能源汽车不断迭代的当下,凭借低排放、价格低廉、能源自主可靠的特性,甲醇汽车能否成为新能源汽车的下一个风口?

汽车能源革命新风向

由于生产来源广泛、经济体量巨大、全产业链可持续发展,甲醇被业内视为石油、天然气等能源的有效替代品。

国际能源署数据显示,2022年全球二氧化碳排放量达368亿吨,发达国家在完成工业化以后,交通领域的碳排放一般会占到碳排放总量的1/3左右,中国交通运输领域占比10%,交通运输领域的碳排放总量还将持续增加,减排形势严峻。

甲醇是清洁燃料,生产、使用对传统工业实现碳达峰有较大帮助。尤其是甲醇的制备过程清洁,并具有一定的储能属性。

丰富的风、光能源是绿色甲醇制备的坚实基础,通过风能、太阳能等可再生电力能源电解水制氢,与捕集的二氧化碳可合成可制备绿色甲醇,可规模化消纳可再生能源,也可解决氢能制备、储存和运输的安全性和成本问题。用氢气耦合二氧化碳的办法制备甲醇,每生产一吨零碳甲醇可以消纳1.375吨的二氧化碳,可解决工业刚性排放二氧化碳问题。

甲醇是我国的优势能源项目,在原料储备、生产制备等方面具有显著优势。中国氮肥协会发布的数据显示,我国甲醇产能超过9000万吨,年产量超7000万吨,约占全球甲醇总产量的60%,是传统的甲醇生产、消费大国。

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室研究员姚春德说,目前我国制备甲醇主要原料由煤炭、天然气、焦炉煤气以及少量生物质等构成,煤制甲醇占比约70%,我国煤炭储量富集,生产甲醇具有天然优势。

截至2022年底,我国共有28个省、区、市具备甲醇生产能力,其中内蒙古、陕西两地甲醇产能达千万吨级,山东、河南、宁夏、山西、新疆等地产能达500万吨。

丰富的产能带来稳定的价格。数据显示,2022~2023年甲醇平均价格2.04元/L,LNG(液化天然气)为6.75元/kg,柴油为7.99元/L,国内甲醇最低价为1500元/吨。就价格情况而言,柴油价格居高不下、较为稳定;LNG价格波动较大;甲醇价格围绕平均值上下波动、较为稳定。

我国是世界第二大石油消费国和最大的石油进口国,甲醇替代石油能源有利于保障能源安全。国家发展改革委数据显示,2021年我国石油进口量为5.13亿吨,如果使用甲醇替代,可大幅减少石油的进口依赖。

2022年,中国原油、天然气和煤炭等能源产品合计进口3.19万亿元,增长40.9%,占进口总值的17.6%。其中我国原油产量2.0467亿吨,进口量5.0828亿吨,对外依存度为71.2%;中国天然气产量2178亿立方米,进口量1.0925亿吨,对外依存度为40.5%。

姚春德说,假如国内三分之一的车辆使用绿色甲醇燃料,每年可减少8000万吨的石油进口,回收1.32亿吨二氧化碳,保障我国交通领域能源安全,助力碳达峰碳中和。

甲醇汽车优势更加明显

龙门架吊着车架游走在轨道上,流水线上工人有序地对零件进行焊接、组装,不到40分钟,一辆搭载甲醇发动机的重卡就装配完成。在位于山西省晋中市的吉利甲醇重卡生产车间,突破技术壁垒的甲醇重卡成为新的制造业发力点。

提到在交通运输领域减少碳排放,国内消费者对纯电动和氢燃料电池两条技术路线比较熟悉,但对甲醇汽车则相对陌生。工业和信息化部数据显示,全国运行的甲醇汽车超过28000辆,甲醇重卡超过2000辆。

甲醇燃料在汽车领域广泛应用,能牵引汽车产业构建新的竞争高地。甲醇重卡与LNG和柴油重卡相比,突破燃料需要国外进口保障的能源安全挑战;与纯电重卡比,突破续航里程限制;与氢燃料相比,突破液态氢燃料高压低温易爆的安全隐患,且可作为氢的载体与氢能在汽车动力领域转化使用。

在续航里程、动力性能、低温可靠性等方面,甲醇汽车突破多重技术壁垒。以吉利集团为例,深耕甲醇汽车领域18年,已攻克低温冷启动、耐醇腐蚀性、甲醇溶胀性、甲醇供油及燃烧等多项技术难题,动力性提高4%~10%,加速性提高2%~4%,掌握200余项甲醇汽车核心专利技术。

吉利新能源商用车研究院动力传动中心副主任苏茂辉说,甲醇对橡胶类产品、有色金属材料的腐蚀问题已基本解决,在应用甲醇燃料耐腐蚀性方面,我国已掌握先进的技术和解决方案。

此外,吉利集团自主研发的11L、13L甲醇专用发动机,有380/430/460/480多种马力,最大爬坡度30%、最高车速90km/h,动力性能与柴油、LNG传统能源重卡相当,功率高于电动和氢燃料重卡。

甲醇重卡通过汽油启动,冷启动性能与传统能源相当,低温可靠性优于电动、氢燃料重卡。甲醇重卡续航里程最长超过1000公里,高于电动、氢燃料重卡。以远程星翰H醇氢电动牵引车为例,其在寒区续航测验显示,一箱953升绿色甲醇完成1341公里极寒超长里程挑战。

综合车价、运行成本计算,甲醇重卡的经济优势明显。在甲醇价格稳定前提下,一辆重卡以一个生命周期运行100万公里计,可节省约50万元。

与传统柴油重卡相比,远程醇氢重卡在燃料费用上可节省18%~32%,相当于每公里最多可节省1元钱。按甲醇重卡年运行10万公里计算,每年可节约5万~10万元。与燃油车相比,直驱甲醇车和醇电混动车燃料费用分别节省55%、67.7%,相当于节省0.37元/公里、0.50元/公里。

此外,甲醇汽车改造相对容易。所有的成品油加油站稍加改造便可加注甲醇;所有燃油车稍加改动便可燃用甲醇,无需增加制造成本;所有电动汽车、氢燃料电池汽车,都可以实现醇电醇氢互换;所有的用能设备,都能煤改醇、油改醇、气改醇、电改醇、氢改醇。

从环保角度来看,甲醇汽车的碳排放优势明显。据测算,当前同型甲醇汽车、燃油汽车、氢能源汽车、电动汽车的综合碳排放值,分别为42.14kg/百公里、21.19kg/百公里、68.32kg/百公里、17.22kg/百公里。到2050年,新能源发电装机占全国发电总装机75%以上,占全社会用电量60%以上,同型甲醇汽车、燃油汽车、氢能源汽车、电动汽车的综合碳排放值,将分别为4.00kg/百公里、21.19kg/百公里、37.66kg/百公里、12.11kg/百公里。

从回收处理来看,甲醇汽车与燃油汽车结构类似,报废处理体系已经成熟,不存在二次污染问题。电动汽车和氢能源汽车的电池回收处理,存在一定程度的二次污染。2020年和2025年我国动力电池累计退役量分别为20万吨、78万吨,电池处理量仅占总报废量的7.4%,其余大部分都被焚烧,造成稀缺金属资源浪费和环境污染。

姚春德说,甲醇燃料汽车无电力、氢燃料制备源头能源消耗和碳排放,解决了电池制备所需锂、镍、钴等稀有金属80%依赖进口的卡脖子问题,不存在电池报废处理带来的环境污染。

打通产业全链条关键关卡

2023年,刚刚完婚的晋中市和顺县青年杜鑫,购买了一辆甲醇燃料汽车兼职跑出租。“新车落地15万元,政府补贴了3万元,而且加甲醇比烧油节省一半成本,两三年就能把成本挣回来。”30岁的杜鑫为了给家人更好的生活,仿佛浑身有使不完的劲。

深耕甲醇能源40余年的山西省晋中市,正在全力推进生产1万辆甲醇重卡、1万辆甲醇乘用车、1500辆甲醇矿卡,以占领未来能源领域的“新蓝海”。

甲醇汽车要成为新能源汽车的新风口,需要打通产业的全链条环节,在突破关键制备技术、完善基础设施、拓展应用场景等关卡继续发力。

突破绿色甲醇制备技术是关键一步,传统的甲醇制备技术主要为煤制甲醇、焦炉煤气制甲醇、天然气制甲醇等,但这些技术制备的甲醇因存在碳排放,而被称为“灰醇”。

目前,山西省内一些企业正推进的零碳示范项目,例如焦炉气与二氧化碳耦合制醇、煤与绿氢耦合制醇、现役煤电厂谷电零价电制的氢与二氧化碳制醇等,有望冲出煤化工高碳排放封锁线。但以捕集二氧化碳与绿电制氢合成甲醇,现阶段的生产成本较高,劣质煤制甲醇方面需进一步降低成本,仍需突破相关技术。

受访专家建议,围绕甲醇生产、甲醇汽车和甲醇燃料产业关键核心技术及领域,相关部门应搭建公共研发、检测、试验平台,探索利用电厂烟道气捕获二氧化碳,建立以煤电厂煤、电、化、热多联产的绿色甲醇新模式。

构建完善的基础设施,是助力甲醇汽车发展的重要一环。记者了解到,晋中市境内已建成甲醇加注站81座,基本满足区域内运行,但外市外省甲醇加注站少,导致甲醇重卡出市、出省难。

不少业内人士说,增加外市、外省的甲醇加注站,关键在于明晰甲醇加注站(撬装站)建设和管理归口部门的职责,畅通相关机制,破解职能交叉或监管空白的问题。

拓宽甲醇重卡推广场景,为扩大甲醇汽车市场空间提供支撑。据调查统计,2022年到2023年远程重卡在全国累计订单2197台,其中山西省外1316台,山西省内881台。受限于应用场景,当前甲醇重卡示范推广规模较小,没有达到1万~2万辆量化推广阶段。

晋中市委书记常书铭建议,在同等行车条件下,1辆柴油重卡的污染物排放相当于306辆乘用车,应大力推进甲醇重卡在全国的应用,特别是推动山西、内蒙古、陕西等甲醇原料富集地,在做好加注站配套的基础上完成重卡甲醇化替代。

电动汽车已是全球第一,中国为什么还要发展氢能源车、甲醇汽车?

“中国70%石油依靠进口,进口石油的70%要经过马六甲海峡,70%石油用在了汽车产业。”

——王传福

文 / 巴九灵

走在时尚前沿的上海,最近出现了一种新的交通工具。

这种工具看起来像共享单车,但车架里面装载了氢气,可以给骑行者助力,上海骑行者表示“蹬一圈等于蹬两圈,骑起来很轻松”。它的学名叫“氢能自行车”。

目前,永安行公司在上海街头投放了约1500辆共享氢能自行车。

图片来源:小红书

原本只存在教材上的“氢能源”,逐渐走进了大众的视野。除了氢能自行车,中国各地还在推广氢能卡车、氢能客车和氢能乘用车。

今年2月,山东省出台规定,将对行驶本省高速公路的氢能车辆免收通行费。消息一出,山东的氢能卡车和客车司机高兴坏了,每年能节省几万过路费。

还有些城市拿出了财政资金,来补贴氢能源汽车产业:

在沈阳大东区,购买一辆氢能车,最高可以获得105万元的补贴;

在安徽芜湖,建设一座大型加氢站,最高可以获得250万元的补贴;

在陕西西咸新区,生产氢燃料电池的企业,最高可以拿到1000万元的补贴;

在浙江海盐,做氢燃料电池关键零部件技术的企业,最高可以补贴2000万元

……

看到这里,或许有人会疑惑:中国好不容易把电车产业做大了,为什么还要砸钱去搞氢能源车,这不是浪费资源吗?

要回答这个问题,还得从中国能源一个长远的战略说起。

中国能源的大隐患

2022年3月26日,比亚迪创始人王传福在一场论坛上指出,中国70%石油依靠进口,进口石油的70%要经过马六甲海峡,中国70%石油用在了汽车产业。

王传福这句话,道出了新能源汽车的战略意义。

众所周知,中国是一个“富煤缺油少气”的国家。

化石能源里,中国最紧缺的就是石油。中国每年要使用7亿多吨原油,70%以上要从国外进口。从哪里进口呢?主要是两大区域,中东和非洲。

从成本和便捷性考虑,跨国运油的最佳办法是把原油装进油轮里,然后开着油轮漂洋过海,将原油送到目标码头。而非洲、中东通往中国的海运路线,都绕不开一个地方——马六甲海峡。

马六甲海峡,表面上由新加坡、马来西亚和印度尼西亚三国共同管辖,实际上深受美国和印度的影响。美国在新加坡建立了一座大型海军基地,随时可以干预马六甲海峡。

马六甲海峡地理位置

2023年4月,美军扣押了一艘从伊朗开往中国的15万吨级大油轮。美国计划将这艘油轮以及上面搭载的原油进行拍卖。

这起事件给中国提了一个醒:中国必须降低对马六甲输油航线的依赖性。

怎么个降低法?首先要做的就是减少石油的使用量。而中国原油的第一大用途就是汽车、轮船、飞机等交通工具,用量超过70%。所以,我国在本世纪初就确立了“用新能源车替代燃油车”的战略。

不过,“新能源汽车”是一个很空泛的概念,包含了很多能源类型(如锂电池、氢燃料、甲醇燃料、氨燃料、太阳能)。到底哪一种能源最好,专家们争来争去,争不出个结果。

所以,中国决定走全面发展路线,同时扶持电车、氢车、甲醇车产业项目。

国家对电车和氢能源的扶持,这些年大家有目共睹,但其实在甲醇汽车方面,中国也投入了不少心思。

作为汽车燃料,甲醇有其独特优势。与燃油车相比,甲醇车的二氧化碳排放量更少,使用成本也更低。与电车相比,甲醇车的补能效率更高,只要3分钟就能充满。

所以,工信部在山西、贵州、陕西、甘肃、上海等地开展了甲醇汽车试点工作。2019年,贵阳市出台政策,在当地购买一辆M100甲醇燃料乘用车,可获得5000元补贴。2022年,山西晋中市放出消息,在当地购买一辆甲醇重卡,可以获得3万元补贴。

除了政府,吉利、一汽、重汽、陕汽等企业也在努力推广甲醇汽车。吉利远程新能源商用车集团,就在晋中投资了几十亿元,建设了年产能约5万辆的甲醇汽车生产基地。甲醇经济,已经成了晋中的一张名片。

吉利远程甲醇重卡

图源:远程新能源商用车

经过十几年的拼搏奋斗,中国在锂电、氢能和甲醇等赛道都取得了骄人的成绩。

2023年中国电车的产销量,占全球比重超过了60%。截至2022年底,中国氢能车保有量全球第三(次于韩国和美国),加氢站数量全球第一。中国还是全球最大的甲醇汽车生产国和消费国。

新能源汽车的快速推广,大大减少了中国的石油消耗量。据中国石油经济技术研究院石油市场研究所所长王利宁测算,2023年新能源汽车对成品油替代量已达1700万吨。

照这个趋势下去,如果中国新能源汽车的保有量超过汽车总量的50%,那中国原油的年需求量至少会减少2亿吨。

但这还不足以破解“马六甲困局”。要保障中国能源安全,我们还有其他几种方式:

一是提升勘探开发技术,保障国内原油产量;二是改善国际关系,开拓不经过马六甲海峡的原油运输路线。

国内:向深海和地心要增量

说起中国的石油城市,很多人都会提到玉门、大庆、东营或克拉玛依。但实际上,中国产油量最高的城市是天津。

天津有两大油田,一块在陆地上(大港油田),一块在渤海底下(渤海油田)。这个渤海油田可不得了,去年出产了3400万吨原油,比整个新疆的产量都要高。

可见,海底原油比地底原油更有潜力。事实确实如此,中国陆地原油储量只有38亿吨,但海洋原油的探明储量已经突破了250亿吨。

2023年国内海洋原油产量突破6200万吨,同比增产超340万吨,占全国原油同期增量的70%。

根据国家能源集团的预测,中国海洋石油产量仍将持续增长,预计到2045年前后达到7000—8000万吨;海洋石油产量预计到2060年占比40%以上。

除了做好海洋文章,中国石油人还盯上了地下几千米的页岩(由黏土脱水胶结而成的岩石)。页岩里藏有大量石油,应用前景十分广泛。中国页岩油可采储量为43.93亿吨,居世界第三。

山东东营页岩油国家级示范区

近年来,页岩油在中国的巨大潜力正在加速释放。2008年中国的页岩油产量约为47万吨,2023年就突破了400万吨,15年时间涨了8倍。

海洋原油和页岩油产量的持续增长,保障了中国本土的原油生产能力。

海外:北通俄罗斯,南下缅甸

当然,这并不意味着我们要放弃进口。

2010年,中国石油进口的五大来源国依次是沙特(4195.3万吨)、安哥拉(3217.2万吨)、伊朗(2314.7万吨)、俄罗斯(1530.4万吨)、苏丹(1219.1万吨)。

打开世界地图一看,就会发现,这五个国家里,除了俄罗斯外,其余国家的原油要运往中国,都必须走马六甲海峡。这显然不符合我国的安全战略。

近年来,国家不断调整外贸关系,压缩了中东和非洲国家的原油进口量,把更多订单交给了俄罗斯等国家。俄罗斯原油占中国原油总进口量的比例,从2010年的6.4%上升到了2023年的19%。

另外,与中国只有一海之隔的马来西亚,也进入了中国五大原油供应国行列。值得一提的是,中国从马来西亚进口的原油,均价只要每吨521美元,比澳大利亚原油便宜了23.5%。

但是,不管怎么腾挪,中国还是免不了要从中东进口原油。而为了让中东原油避开马六甲海峡,中国规划设了两条新路线。

第一条路线是将中东或非洲的原油装到远洋运输船,横跨印度洋、孟加拉湾到达缅甸马德岛后,再把原油桶卸下来,灌到中缅油气管道里,最后通过长达771公里的“中缅油气管道”将原油输送到中国云南。

“中缅油气管道”是中国第三大陆地能源进口通道,2017年5月顺利投产,截至2023年10月累计输送原油6486万吨。

另一条路线是将中东开采的原油装到海船上,运输到巴基斯坦的瓜达尔港,然后再通过3000多公里的“中巴经济走廊”,把原油输送到中国新疆。

这条路线的好处是距离更短(巴基斯坦瓜达尔港距离波斯湾只有几百公里),安全更可控(巴基斯坦和中国是好兄弟)。但缺点也很明显,需要翻过高原雪山,施工难度太大、建设成本太高,所以至今还没建好。

除了开辟管道,中国的能源企业也在未雨绸缪。众所周知,中国石油行业有三大巨头,分别是中国石油、中国石化和中国海油。但鲜为人知的是,在氢能领域投入最大、布局最深的中国公司,竟然是中国石化。

截至2023年底,中国石化累计发展加氢站128座,已成为全球最大的加氢站运营单一企业,氢气供给量占全国40%左右。2023年8月,中国石化在新疆建成了中国首个规模化绿电制氢项目。

这是旧能源龙头面对电车冲击的最后一搏,还是传统大企业寻找第二曲线的积极探索?只有时间能给我们答案。

参考资料:

1、《氢气产量占比超30% 中国稳居全球第一产氢国地位》,证券时报

2、《政府工作报告首次提及氢能,氢燃料电池汽车迎利好》,21世纪经济报道

3、《中国石油勘探开发研究院致密油研究所》,科学中国人

4、《从页岩里“榨”油 开启新一轮“石油革命” 我国破解页岩产油3项世界难题》,北京青年报

本篇作者 | 饶祖分 | 责任 编辑 | 何梦飞

主编 | 何梦飞 | 图源 | VCG

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