新型清潔能源──合成燃料（ＸＴＬ）

嚴　瑾　繆文泉

前言

21世紀人類面臨的最大問題是能源與環保問題。能源已經成為現代經濟發展的血脈，隨著世界經濟規模的不斷增大，世界能源消費量持續增長。根據統計，1973年世界一次能源消費量僅為57.3億噸油當量，而2007年已達到111.0億噸油當量。在30多年內能源消費總量翻了一番，年均增長率為1.8%左右。2007年，在世界一次能源消費總量中石油占35.6%、煤炭占28.6%、天然氣占25.6%。

我國是個能源資源嚴重短缺的國家，石油和天然氣的人均剩余可采儲量均小于世界平均水平的8%，儲量較豐富的煤炭只占世界平均水平的60%（注1）。隨著我國汽車保有量進一步擴大，能源資源的短缺問題日益顯著。汽車保有量的增加不但加劇能源的消耗，而且產生的大量尾氣所造成的污染問題已引起社會的廣泛關注。因此，能源的過度消耗和污染物的大量排放已經嚴重破壞了生態環境，并對我國社會的可持續發展構成嚴重威脅（注2）。

車輛的清潔代用能源不但可以部分解決石油危機問題，而且可以改善排放狀況，減少污染。劍橋能源研究協會預測，全球二氧化碳的排放量到2015年將增加15%，到2030年將增加50%，即從今天的300億噸上漲到420億噸。大量的二氧化碳造成的溫室效應使全球面臨越來越嚴峻的氣候問題，而清潔能源技術可以有效減少二氧化碳的排放量。可以作為汽車發動機用的新型清潔能源有：天然氣、酒精、二甲醚、生物柴油、氫、燃料電池、太陽能等，目前世界各國都在研究使用這些清潔能源的新型汽車。

合成燃料（XTL）特性

合成燃料（XTL）是把數種含能體能源通過化學變化合成的新燃料，屬于一種化學能。合成燃料（XTL）包括天然氣制油燃料（GTL），煤制油燃料(CTL)和生物制油燃料(BTL)。制造合成燃料的技術出現于第二次世界大戰時期，德國最先開始研究從煤里提煉燃料從事戰爭。

合成燃料（XTL）無色無味，基本不含硫和芳香烴，無論是以純態或是與柴油摻混，都可直接用于傳統的柴油發動機而無需任何改裝。相比傳統柴油，合成燃料（XTL）能大幅度地減少顆粒物、氮氧化物、一氧化碳和碳氫化合物的排放。

合成燃料（XTL）的研究

從2004年開始，合成燃料（XTL）生產商通過與國內外汽車制造商、發動機技術開發商、科研院校和各地政府的合作，開展了一系列的示范運行與研究。2007年5月，在北京公交集團4輛歐Ⅲ標準的公交車上使用Shell公司提供的GTL燃料進行示范運行。測試結果表明GTL燃料在噪音、車輛運行平穩度以及過熱現象等方面優于柴油。

德國大眾公司在柏林將Shan公司生產的GTL柴油應用在25輛裝備了當時歐洲技術最先進、并且能滿足歐Ⅲ排放標準的柴油機的Golf TDI汽車上，經過連續22km無故障運行試驗證實，燃用GTL柴油PM排放平均降低26%，HC排放平均降低63%，CO排放平均降低91%，NOx排放平均降低4%（注3）。

美國能源部還曾對圣路易斯市生物柴油公交車的應用案例進行了研究。參與測試的公交車長達12.2m，發動機型號為DDC 6V92TA，其中5輛使用BD20燃料（由大豆制成的生物柴油和普通柴油體積比分別為20%和80%），另外5輛使用普通柴油。

排放測試采用CBD駕駛循環，測試結果表明生物柴油公交車與普通柴油車的燃油經濟性相當，排放水平也很接近，使用生物柴油后THC排放稍有降低，CO排放不變，NOx和PM排放有很少的增加（在測量誤差范圍之內）。使用生物柴油相比普通柴油，NOx排放會增加 2.0%，但PM、HC和CO排放將分別降低10.1%、21.4%和11.0%。

合成燃料（XTL）的發展

2000年，為解決過剩的陳化糧而上馬的燃料乙醇項目，如今已成為我國替代能源的最成熟模式。2007年，生物乙醇的產量每天增加了20萬桶。但是食物與燃料的沖突仍將是制約生物燃料發展的重要因素。為了解決這個沖突，纖維質技術和基因技術進入生物燃料領域，以木質纖維素為原料生產生物乙醇應成為技術開發的焦點。因此，第二代生物燃料讓人們充滿了希望。

除了發電之外，隨著煤炭液化技術的發展，煤炭成為一個非常有前景的液態燃料。我國煤炭資源豐富，但其中也不乏劣質煤。由于劣質煤不能直接燃燒，會造成環境污染，因此采用煤的潔凈利用技術，將其制成二次能源甲醇、二甲醚等煤基替代燃料，可大幅度提高煤炭附加值。

2007年，中國煤炭液化的產量是每天24萬桶，現在已經把10年后煤炭液化的生產目標定為每天100萬桶。美國與中國一樣是能源消耗大國，在過去的10-15年里，鉆探非常規性天然氣（油砂、油頁巖、煤層氣）已經成為北美上游領域主要的投資戰略。據預測，到2017年，非常規性的天然氣供應將占到北美地區濕氣總供應量的一半以上（注1）。

表1合成燃料（XTL）的理化特性

結束語

合成燃料（XTL）的主要原料是煤炭和天然氣，以煤炭為燃料時，主要目標是生產有利于環境保護的清潔液體燃料。從市場角度出發，合成燃料技術要得到大規模應用，必須降低成本。從長遠看，煤、天然氣這些常規能源都是有限的，因此，研究利用可再生能源合成液體燃料技術，將是一個長期的課題。如用生物質能源合成液體燃料等技術都具有巨大的發展前景。這有助于解決石油資源貧乏不能滿足我國國民經濟發展需要的問題，對保障國家能源供應安全具有十分重要的意義。

（本文作者嚴瑾系上海交通大學在讀研究生）

參考文獻

注1：慧典市場研究報告網

注2： 肖元真，馬驥，吳泉國，大力發展清潔能源 全面實施節能減排。北華大學學報 ( 社會科學版)，2008-4，9（2）：109-114。

注3：Hock Cheng Heng，Suhaili Idrus，The Futur of Gas to Liquids as a Gas Monetization Option[J]，Journal of Gas Chemistry，2004，13：63-70