突破技术障碍，实现甲醇替代柴油

高扬

我国内燃机生产占全球总量近三分之一，每年消耗的石油数以亿吨计。由于资源的限制，我国的石油对外依存度很高，给国家的能源安全带来很大的压力。用甲醇替代柴油是很好的解决方案，但是甲醇不易压燃一直是限制甲醇在柴油机上应用的难题。因此，如何让甲醇在柴油机上实现高效清洁燃烧应用，既是时代的需要，又是有责任感的科学家肩上承担的重大使命。天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的姚春德教授以国家需要为己任，数十年如一日坚守在科研一线，用实际行动为国家的能源建设和低碳环保事业做出了巨大贡献。

姚春德，天津大学教授，博士生导师。内燃机燃烧学国家重点实验室副主任，中国工程热物理学会常务理事，中国汽车工程学会理事和特聘专家，中国内燃机学会中小功率柴油机分会副主任，《工程热物理学报》编委，《工程力学》编委，是Applied Thermo Energy、Energy and Fuel等国际刊物的论文评审专家。1993年至1994年曾赴德国亚琛工业大学师从国际著名的内燃机专家皮辛格教授进修柴油机高效、低污染燃烧技术。1995年赴美国威斯康星州先进发动机技术发展公司工作一年。

内燃机热效率高，也是应用广泛的一种动力机械，在汽车、火车、船舶、飞机等交通工具以及大量的工程机械无不见到其身影。自1908年我国第一台自制内燃机诞生起，内燃机在我国已发展成为重要的行业，每年生产的各类内燃机占全球总量近三分之一。但是内燃机也是石油消耗的主要机械，每年消耗的石油占石油消耗总量的三分之二。由于对石油燃料柴油、汽油的大量需求，因而供需之间的矛盾日渐突出，并且频现“柴油荒”。针对这一现状，姚春德教授在充分结合我国现有能源基础和工业特色的基础上，对包括天然气、甲醇、乙醇、生物柴油等在内的代用燃料研究花费了极大心血。

面对国家的重大需求，姚春德教授经过艰苦的探索和大量试验研究，他提出了柴油/甲醇组合燃烧的新理论。该理论着眼于国家的能源安全，同时减少柴油机微粒和NOx排放，用甲醇替代柴油，利用甲醇汽化潜热值高、并且含氧的特性，不仅大幅度减少柴油机的有害物排放量，而且实现用甲醇高比例地替代柴油。应用中不需要采用目前喷射尿素还原的排气后处理技术，可将柴油机的排放水平达到国IV甚至更高的水平，同时可以替代30%以上的柴油。由于甲醇可以由焦炉煤气等原料中生产，不仅替代宝贵的石油，而且有效减少了资源的浪费，同时甲醇在燃烧中十分清洁，也减少了排气中颗粒物含量，对我国汽车工业实现可持续发展，减轻石油短缺带来的危机，保障国家能源安全等方面均具有重大意义。

姚教授发明的柴油∕甲醇二元燃料燃烧模式已经在发动机台架上完成了调试并进行了多台车实车道路试验，在上海、山西、甘肃、内蒙等甲醇产地都可以看到试验车在道路上运行的身影，同时还正在积极将其扩大到更大规模的车队。除此之外，他还带领课题组攻克了甲醇的自然着火点比柴油高一倍带来的技术难题，为甲醇大比例替代柴油提供了新途径。2013年2月，国务院办公厅颁发的国办[12]文件《国务院办公厅关于加强内燃机工业节能减排的意见》中，明确将甲醇柴油双燃料列为用甲醇替代柴油的技术方式。

多年的科研实践工作让姚春德教授深刻地意识到行业发展离不开自主创新，然而创新必须符合国情，为国家服务才是自主创新的终极目的。他与全国最大的载重车公司——陕汽集团合作开发的甲醇∕柴油组合燃烧的柴油车，在试用期间经历了零下30°以上的极寒条件考验。与中国重汽集团合作开发的载重车不仅历经多年的考验，而且经国家权威部门检测，只需采用简单的废气后处理方法，实现不用向排气中喷尿素便可以实现超低氮氧化物排放，达到国家严格的国Ⅳ标准，创出一条真正属于中国人的柴油机低排放之路。

除此之外，姚春德教授负责的多个国家自然科学基金课题如“无或超低甲醛排放的甲醇压燃方式研究”等也全部以高质量完成，国际合作项目“高流动性生物汽油添加剂研制”、国家自然科学基金重点课题“碳氢化合物及汽油添加剂的燃烧反应动力学”等课题，也在他的主持或努力下顺利完成。所有这些项目的成功，都是标志着我国内燃机事业持续攀上新的里程碑，凝聚了姚教授不计其数的心血和汗水。