乙醇燃料燃烧特性及其推广应用探析

程 艳，蒋 晶

（广西职业技术学院机电与信息工程学院，广西南宁 530026）

在LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氢能等众多新型石油潜代能源中，乙醇是相对较安全的且易生产的可再生资源之一。目前，乙醇汽油和乙醇柴油是乙醇燃料在汽车发动机上的主要应用形式，基于乙醇的特性，乙醇汽油被研究应用的较多，已被推广使用十多年，但仍不能被广大车主接受，难以在全国范围内推行。为此，分析乙醇燃料的特性，探讨乙醇燃料推广需解决的问题及应对策略，这对乙醇燃料更深入的研究发展具有一定促进作用。

1 乙醇燃料特性及应用现状

乙醇是一种较有前景的富氧可再生能源，其化学分子式为C2H5OH，密度为790 kg/m3，与汽油相近，常温常压下呈液态。常用燃料乙醇、汽油、柴油三者的主要理化特性（见表1）。

乙醇作为发动机的代用燃料，主要以与汽油混合及与柴油混合燃烧的方式进行。因乙醇与柴油不能互溶等因素，从而乙醇在汽油机上的应用更多。

表1 乙醇与汽油、柴油的主要理化特性对比表

在环保方面，欧IV和国V排放法规对汽车气体常态排放物（COHCNOX）及微粒排放提出了严格的要求，要求微粒数量低于6×1011个/千米（微粒的质量不得大于4.5 g/km），而乙醇汽油能极大地改善汽车气体常态排放物的排放。对于乘用车的CO2排放方面，我国也作出了到2025年CO2排放量低于95 g/km的相关规定，利用乙醇汽油能有效地降低车辆CO2的排放[1]。

2 乙醇汽油燃烧特性分析

针对乙醇汽油及普通汽油对发动机的性能影响，目前已有许多专家学者进行了此方面的研究，并取得显著的成效。

上汽通用五菱的丁小刚等[2]在LJ465Q-2AE1的汽油机上分别进行了燃用E0、E20、E50的纯汽油及乙醇汽油，测试了其动力性能及排放性能[4]。其研究表明，在动力性能方面，乙醇汽油发动机的功率降低小于5 %，最大扭矩降低也小于5 %；在燃油经济方面，随着乙醇比例的增加会使油耗有所增加。在排放性能方面，乙醇比例增加，排放的CO和HC含量明显下降，排气温度低使NOX的排放也降低。江苏的靖苏铜等用乙醇汽油与纯汽油进行了主要污染物排放试验分析研究，其研究表明，E10的乙醇汽油能有效降低CO、HC及NMHC、CO2的排放。其他相关研究表明，乙醇比例超过15 %的乙醇汽油，会对动力和排放产生不利影响，在不改变发动机结构的情况下使用低比例E10乙醇汽油是最佳比例燃料，因而推广使用低比例混合的E10乙醇汽油燃料。乙醇汽油燃料的优点及存在问题（见表2）[3]。

3 乙醇柴油燃料燃烧特性分析

由于柴油与乙醇不可互溶等理化特性，对乙醇柴油的应用较少，但乙醇燃料也能改善柴油发动机的特性。清华大学的何帮全等利用在线混合装置，研究了不同乙醇柴油混合比例的乙醇柴油燃料燃烧特性，碳烟的排放随着乙醇分子数的增加明显降低，最大降幅达74 %，而中高负荷下的NOX化合物明显增多。曹东冬等在柴油机台架上，研究了乙醇柴油的燃烧特性，NOX和碳烟的下降幅度会随着乙醇比例的增加而加大，CO排放有所升高。可通过调节控制燃料混合比例达到最佳排放状态。靳德才等[6]利用软件进行了建模模拟研究，其研究得出，乙醇在燃料中混合达10 %可使柴油发动机达最佳的动力性和经济性能。因此，相关研究表明，乙醇柴油对于降低排放，提高燃料经济性的方向是可行的。

表2 乙醇汽油燃料优劣分析

4 乙醇燃料应用前景分析

目前，乙醇燃料在汽车上的推广应用主要是乙醇汽油。从发展需求来看，据研究，我国的乙醇燃料产量有87 %的原料来自玉米，11 %的源自木薯等，2 %源自纤维素。目前我国利用玉米等农作物为原料来生产乙醇的工艺虽已成熟，且原料来源稳定，但会受玉米陈化粮的库存制约，因而需发展多元化乙醇原料生产工艺。我国预计在2020年实现全国基本覆盖乙醇汽油，对乙醇的需求量约1 300×104t，缺口约为1 000×104t。

从环保视角来看，多年的研究表明：E10的乙醇汽油可使汽车尾气的CO下降约30 %，HC化合物下降约13 %，CO2的排放减少约4 %，PM2.5的排放减少最高可达约60 %，因此有效地促进环境保护[5]。

从长远发展来看，乙醇资源在我国较丰富，与汽油混合使用具有一定的经济性，推广使用乙醇汽油是节约能源、减少对石油资源依赖的有效方法。因此乙醇汽油在我国有着良好的发展前景，只是在目前推广中存在着一些问题，让消费者难以接受，从而让推广策略实施中受到极大阻碍。如果国家根据相关部门能把现存在的这些问题解决好，让消费者都认可了，乙醇汽油的推广使用能为节约石油资源作出极大的贡献。

从市场发展空间来看，相关研究表明，我国乙醇汽油只占消费总量的近30 %，因而还有很大的发展空间。随着国家政策对乙醇汽油燃料支持力的增强及技术进步，乙醇汽油燃料将会有快速发展的良好前景。

但从实际应用推广情况来看，我国自2001年开始推广乙醇汽油以来，截止到2018年，已有黑龙江、河南、安徽、广西等六个省内已全境封闭使用乙醇汽油，在江苏、山东等31个市采用半封闭地推广使用乙醇汽油，部分试验省市的乙醇汽油覆盖率呈现降低趋势，如广西较多的区域加油站点已由现在的国IV纯汽油取代了原来的乙醇汽油。乙醇汽油推广有所滞后，预计难以实现2020年在全国范围内推广使用乙醇汽油的目标。

5 乙醇汽油燃料应用推广建议

以上分析可见，乙醇汽油燃料在节约石油资源方面有着良好的发展前景，可乙醇汽油燃料的优越性与应用价值，需要国家和消费者的认可，需要大气环境的接受，更需要汽车科技的进步与支持。因此，建议做好以下几方面，以有效促进乙醇燃料的推广使用。

（1）加强对乙醇汽油燃料的研究开发力度，努力解决好乙醇汽油存在的一些让广大车主难以接受的实际问题。国家加大政策导向支持，在乙醇的生产、销售管理、减少乙醇燃料副作用影响等方面继续加大力度，解决消费者的后顾之忧。

（2）提高消费者对乙醇汽油燃料的认识。许多车主担心乙醇汽油含有乙醇而不纯会影响发动机性能与寿命而热衷于纯汽油，宁愿加价格高的纯汽油也不愿加较经济实惠的乙醇汽油，总认为纯汽油好，其实纯汽油也并没有100 %的纯度，普通纯汽油也经常添加一种添加剂-MTBE（甲基叔丁基醚）。清华大学的吴烨副院长指出，乙醇本身就是富氧添加剂[7]，少量的乙醇能让汽油燃烧更充分。

（3）有策略有计划的推行。中国人均耕地少，生物燃料乙醇供应不足，如强行推广乙醇汽油的使用，可能会造成市场代销混乱和投资浪费。可因地制宜地在全国一定范围内推行使用乙醇汽油。