突破技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)甲醇替代柴油

高揚(yáng)

我國(guó)內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)占全球總量近三分之一，每年消耗的石油數(shù)以億噸計(jì)。由于資源的限制，我國(guó)的石油對(duì)外依存度很高，給國(guó)家的能源安全帶來(lái)很大的壓力。用甲醇替代柴油是很好的解決方案，但是甲醇不易壓燃一直是限制甲醇在柴油機(jī)上應(yīng)用的難題。因此，如何讓甲醇在柴油機(jī)上實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒應(yīng)用，既是時(shí)代的需要，又是有責(zé)任感的科學(xué)家肩上承擔(dān)的重大使命。天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的姚春德教授以國(guó)家需要為己任，數(shù)十年如一日?qǐng)?jiān)守在科研一線，用實(shí)際行動(dòng)為國(guó)家的能源建設(shè)和低碳環(huán)保事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

姚春德，天津大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)理事和特聘專家，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)中小功率柴油機(jī)分會(huì)副主任，《工程熱物理學(xué)報(bào)》編委，《工程力學(xué)》編委，是Applied Thermo Energy、Energy and Fuel等國(guó)際刊物的論文評(píng)審專家。1993年至1994年曾赴德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)師從國(guó)際著名的內(nèi)燃機(jī)專家皮辛格教授進(jìn)修柴油機(jī)高效、低污染燃燒技術(shù)。1995年赴美國(guó)威斯康星州先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展公司工作一年。

內(nèi)燃機(jī)熱效率高，也是應(yīng)用廣泛的一種動(dòng)力機(jī)械，在汽車、火車、船舶、飛機(jī)等交通工具以及大量的工程機(jī)械無(wú)不見(jiàn)到其身影。自1908年我國(guó)第一臺(tái)自制內(nèi)燃機(jī)誕生起，內(nèi)燃機(jī)在我國(guó)已發(fā)展成為重要的行業(yè)，每年生產(chǎn)的各類內(nèi)燃機(jī)占全球總量近三分之一。但是內(nèi)燃機(jī)也是石油消耗的主要機(jī)械，每年消耗的石油占石油消耗總量的三分之二。由于對(duì)石油燃料柴油、汽油的大量需求，因而供需之間的矛盾日漸突出，并且頻現(xiàn)“柴油荒”。針對(duì)這一現(xiàn)狀，姚春德教授在充分結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有能源基礎(chǔ)和工業(yè)特色的基礎(chǔ)上，對(duì)包括天然氣、甲醇、乙醇、生物柴油等在內(nèi)的代用燃料研究花費(fèi)了極大心血。

面對(duì)國(guó)家的重大需求，姚春德教授經(jīng)過(guò)艱苦的探索和大量試驗(yàn)研究，他提出了柴油/甲醇組合燃燒的新理論。該理論著眼于國(guó)家的能源安全，同時(shí)減少柴油機(jī)微粒和NOx排放，用甲醇替代柴油，利用甲醇汽化潛熱值高、并且含氧的特性，不僅大幅度減少柴油機(jī)的有害物排放量，而且實(shí)現(xiàn)用甲醇高比例地替代柴油。應(yīng)用中不需要采用目前噴射尿素還原的排氣后處理技術(shù)，可將柴油機(jī)的排放水平達(dá)到國(guó)IV甚至更高的水平，同時(shí)可以替代30%以上的柴油。由于甲醇可以由焦?fàn)t煤氣等原料中生產(chǎn)，不僅替代寶貴的石油，而且有效減少了資源的浪費(fèi)，同時(shí)甲醇在燃燒中十分清潔，也減少了排氣中顆粒物含量，對(duì)我國(guó)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減輕石油短缺帶來(lái)的危機(jī)，保障國(guó)家能源安全等方面均具有重大意義。

姚教授發(fā)明的柴油∕甲醇二元燃料燃燒模式已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上完成了調(diào)試并進(jìn)行了多臺(tái)車實(shí)車道路試驗(yàn)，在上海、山西、甘肅、內(nèi)蒙等甲醇產(chǎn)地都可以看到試驗(yàn)車在道路上運(yùn)行的身影，同時(shí)還正在積極將其擴(kuò)大到更大規(guī)模的車隊(duì)。除此之外，他還帶領(lǐng)課題組攻克了甲醇的自然著火點(diǎn)比柴油高一倍帶來(lái)的技術(shù)難題，為甲醇大比例替代柴油提供了新途徑。2013年2月，國(guó)務(wù)院辦公廳頒發(fā)的國(guó)辦[12]文件《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)節(jié)能減排的意見(jiàn)》中，明確將甲醇柴油雙燃料列為用甲醇替代柴油的技術(shù)方式。

多年的科研實(shí)踐工作讓姚春德教授深刻地意識(shí)到行業(yè)發(fā)展離不開(kāi)自主創(chuàng)新，然而創(chuàng)新必須符合國(guó)情，為國(guó)家服務(wù)才是自主創(chuàng)新的終極目的。他與全國(guó)最大的載重車公司——陜汽集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)的甲醇∕柴油組合燃燒的柴油車，在試用期間經(jīng)歷了零下30°以上的極寒條件考驗(yàn)。與中國(guó)重汽集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)的載重車不僅歷經(jīng)多年的考驗(yàn)，而且經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門(mén)檢測(cè)，只需采用簡(jiǎn)單的廢氣后處理方法，實(shí)現(xiàn)不用向排氣中噴尿素便可以實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放，達(dá)到國(guó)家嚴(yán)格的國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)出一條真正屬于中國(guó)人的柴油機(jī)低排放之路。

除此之外，姚春德教授負(fù)責(zé)的多個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金課題如“無(wú)或超低甲醛排放的甲醇?jí)喝挤绞窖芯俊钡纫踩恳愿哔|(zhì)量完成，國(guó)際合作項(xiàng)目“高流動(dòng)性生物汽油添加劑研制”、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)課題“碳?xì)浠衔锛捌吞砑觿┑娜紵磻?yīng)動(dòng)力學(xué)”等課題，也在他的主持或努力下順利完成。所有這些項(xiàng)目的成功，都是標(biāo)志著我國(guó)內(nèi)燃機(jī)事業(yè)持續(xù)攀上新的里程碑，凝聚了姚教授不計(jì)其數(shù)的心血和汗水。