車(chē)用汽油及含氧燃料的環(huán)境效應(yīng)

張孟珠,郝春曉,葛蘊(yùn)珊*,王 欣

車(chē)用汽油及含氧燃料的環(huán)境效應(yīng)

張孟珠1,郝春曉2,葛蘊(yùn)珊1*,王 欣1

(1.北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院,北京 100081；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012)

基于7輛國(guó)6輕型車(chē)的WLTC循環(huán)測(cè)試,計(jì)算了汽油?E10和MTBE10(汽油中添加10%體積的甲基叔丁基醚)排放的溫室氣體的致暖效應(yīng)(GWP)、臭氧生成潛勢(shì)(OFP)和非甲烷有機(jī)氣體(NMOG)排放.結(jié)果表明,車(chē)隊(duì)平均N2O和CH4排放的GWP分別為0.6和0.07g CO2e/km.E10和MTBE10的非CO2溫室氣體排放的GWP比汽油更高.從整個(gè)碳生命周期看,生物質(zhì)E10可以使溫室氣體排放的GWP下降5%～15%.E10和MTBE10都傾向于增加苯系物(BHC)排放和OFP.試驗(yàn)車(chē)輛的NMOG排放在30mg/km左右,使用含氧燃料E10和MTBE10沒(méi)有顯示出大幅度增加NMOG的現(xiàn)象.

GWP；OFP；汽油；乙醇；MTBE

O3污染和溫室效應(yīng)是世界環(huán)境面臨的主要威脅[1-2].預(yù)計(jì)到2030年,中國(guó)將成為非CO2溫室氣體排放量最多的國(guó)家[3].同時(shí),在人口密集的城市,每年以O(shè)3為首要污染物的天數(shù)接近一半[4].

機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中不僅含有CO2?N2O和CH4等溫室氣體,而且其排放的可揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)是O3的主要前驅(qū)物[5-6].從污染物生成的原理來(lái)看,車(chē)輛的N2O排放受到燃料類(lèi)型、燃燒技術(shù)、車(chē)輛使用年限、后處理技術(shù)等因素的影響[7-9],CH4和VOC排放是燃料中對(duì)應(yīng)成分和燃料完全燃燒程度的函數(shù)[10].在車(chē)用汽油中添加含氧物質(zhì)會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒特性,進(jìn)而影響溫室氣體排放、O3合成和醛酮排放,特別是在含氧物質(zhì)以生物質(zhì)為原料的情況下.多數(shù)研究就乙醇汽油的CO2排放量比汽油低這一現(xiàn)象達(dá)成共識(shí),但在乙醇汽油對(duì)CH4?N2O和VOC排放量的影響規(guī)律方面尚無(wú)統(tǒng)一結(jié)論[11-13].對(duì)于醛酮排放,王欣等[14]測(cè)試了25輛在用車(chē)在NEDC循環(huán)下的排放,證明了汽油中添加乙醇成分有利于降低臭氧生成潛勢(shì)(OFP),但會(huì)增加醛類(lèi)排放.另一種常用含氧物質(zhì)甲基叔丁基醚(MTBE)作為低成本的辛烷值促進(jìn)劑,自1979年開(kāi)始被廣泛使用.大量研究表明MTBE的引入極大減少了苯排放和OFP[15-16],但其會(huì)代謝出大量危害人體的醛類(lèi)化合物[17].

目前的多數(shù)研究集中于含氧汽油的溫室氣體和VOC排放,鮮見(jiàn)關(guān)于致暖效應(yīng)(GWP)和OFP效應(yīng)估計(jì)的研究.雖然機(jī)動(dòng)車(chē)排放的CH4和N2O比CO2排放量少7個(gè)數(shù)量級(jí),但其對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)同樣不容忽視,因?yàn)榉荂O2溫室氣體比CO2截?zé)崮芰Ω鼜?qiáng),而且在大氣中停留的時(shí)間可能更長(zhǎng);此外,不同碳數(shù)、不同結(jié)構(gòu)的VOC成分對(duì)應(yīng)的O3反應(yīng)率差別很大,對(duì)O3形成的貢獻(xiàn)也不相同.因此,本文基于7輛國(guó)6a輕型車(chē)的全球統(tǒng)一輕型車(chē)輛測(cè)試循環(huán)(WLTC)溫室氣體和VOC中苯系物(BHC)排放因子,對(duì)汽油、E10和MTBE10(汽油中添加10%的MTBE)這3種燃料的GWP和OFP進(jìn)行計(jì)算分析,以此評(píng)估車(chē)用汽油含氧成分和生物質(zhì)乙醇對(duì)大氣環(huán)境的影響程度.除此之外,為了衡量燃料含氧對(duì)含氧碳?xì)湮廴疚锱欧诺挠绊?計(jì)算了非甲烷有機(jī)氣體(NMOG)排放,以期為燃料設(shè)計(jì)和污染物治理工作提供借鑒.

1 設(shè)備與評(píng)價(jià)方法

1.1 測(cè)試系統(tǒng)及循環(huán)

整車(chē)排放測(cè)試在德國(guó)IMTECHSFTP型恒溫恒濕環(huán)境倉(cāng)中進(jìn)行,底盤(pán)測(cè)功機(jī)為德國(guó)馬哈(MAHA)生產(chǎn)的ECDM-48L-4WD型電力測(cè)功機(jī).試驗(yàn)按照我國(guó)第6階段排放認(rèn)證循環(huán)-WLTC進(jìn)行[18],試驗(yàn)溫度為23℃.采用全流定容稀釋系統(tǒng)(CVS,日本HORIBA公司,型號(hào)7400S)取樣.溫室氣體排放測(cè)試分析儀為日本HORIBA公司的MEXA-7400LE,檢測(cè)方法為:不分光紅外法(NDIR)檢測(cè)CO2排放量,氣相色譜和電子捕獲檢測(cè)器(GC+ECD)檢測(cè)N2O排放量,氣相色譜和氫離子火焰(GC+FID)檢測(cè)CH4排放量.苯系物排放的采樣分析采用美國(guó)Agilent公司的Tenax TA型金屬采樣管、6890型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)和英國(guó)Markes公司生產(chǎn)的UNITY型熱脫附裝置.乙醇和醛酮排放由日本HORIBA公司的MEXA-6000FT型傅里葉紅外光譜儀(FTIR)檢測(cè).溫室氣體排放量由CVS稀釋排氣容積、污染物在稀釋排氣中的濃度和污染物在標(biāo)況下的密度計(jì)算;苯系物排放量由Tenax TA管采樣總體積、儀器檢出量和分流比計(jì)算.乙醇和醛酮排放量由原始排氣容積(未經(jīng)稀釋)、污染物在排氣中的濃度和污染物在標(biāo)況下的密度計(jì)算.

1.2 試驗(yàn)油品

3種試驗(yàn)油品分別為滿(mǎn)足國(guó)6燃油標(biāo)準(zhǔn)的不含氧汽油、E10(10%匹配混合乙醇汽油)和MTBE10 (10%甲基叔丁基醚汽油),如表1所示.3種燃料的芳香烴、烯烴和環(huán)烷烴含量接近,E10和MTBE10分別添加了10%體積分?jǐn)?shù)的乙醇和MTBE代替汽油中的部分C8烷烴.

表1 燃油的主要理化參數(shù)

1.3 試驗(yàn)車(chē)輛

7輛車(chē)(表2)均滿(mǎn)足國(guó)6a排放標(biāo)準(zhǔn),后處理系統(tǒng)均為三元催化器.為了排除發(fā)動(dòng)機(jī)和催化器老化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,保證車(chē)況和催化器性能良好,試驗(yàn)車(chē)輛的行駛里程均小于15000km.

表2 試驗(yàn)車(chē)輛的主要技術(shù)參數(shù)

注:a為直噴,b為直噴加進(jìn)氣道噴射,c為手動(dòng),d為雙離合,e為無(wú)極變速,f為后驅(qū),g為四驅(qū),h為前驅(qū),i為可變壓縮比.

1.4 GWP、OFP和NMOG計(jì)算

檢測(cè)分析了3種溫室氣體(CO2、N2O和CH4)、7種苯系物(苯、甲苯、乙苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯和苯乙烯)和5種含氧化合物(甲醛、乙醛、乙醇、甲酸和乙酸).GWP由溫室氣體排放因子和單位溫室氣體的GWP因子按式(1)計(jì)算得到,OFP由苯系物排放因子和最大增量反應(yīng)活性(MIR)值按式(2)計(jì)算得到.單位CO2、N2O和CH4氣體的GWP因子分別為1、298和25,苯、甲苯、乙苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯和苯乙烯的MIR值分別為0.72、4、3.04、9.75、7.64、5.84和1.73.根據(jù)美國(guó)環(huán)保署(EPA)的定義,NMOG包含非甲烷碳?xì)?NMHC)和含氧碳?xì)浠衔?本文NMOG為NMHC、甲醛、乙醛、乙醇、甲酸和乙酸的排放因子之和.由于FITR對(duì)乙醇的測(cè)量精度較差,根據(jù)Gierczak等人的建議,以乙醇測(cè)量值的75%作為乙醇排放因子的實(shí)際值[19].

式中:m和m分別表示溫室氣體和苯系物的排放因子,g/km;GWP表示溫室氣體的GWP因子;MIR表示苯系物的MIR值.

2 結(jié)果與分析

2.1 燃料的溫室氣體排放及GWP比較

如圖1(a)所示,在相同的試驗(yàn)室測(cè)試條件下,不同車(chē)輛的CO2排放水平不同,這與車(chē)重、變速系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率和功重比等因素有關(guān),其中車(chē)重是最為主要的影響因素[20].Burgess等[21]的研究發(fā)現(xiàn),車(chē)重降低10%,油耗減少8.7%;Ehsani等[22]研究發(fā)現(xiàn),車(chē)重降低10%,機(jī)動(dòng)車(chē)的CO2排放隨之減少2.5%; Doll等[23]也得到了類(lèi)似的趨勢(shì).正是基于此,福特和本田汽車(chē)分別在底盤(pán)和車(chē)身結(jié)構(gòu)中使用了鋁和碳纖維.可以看出,添加乙醇或MTBE成分對(duì)不同車(chē)輛CO2排放的影響不一致.從整個(gè)測(cè)試車(chē)隊(duì)來(lái)看,燃用汽油、E10和MTBE10時(shí)的平均CO2排放因子分別為185.4,181.5和183.7g/km.CO2排放受到燃料碳?xì)浔?C/H)和完全燃燒程度的影響,C/H越大,燃燒程度越高,生成的CO2越多[24].乙醇的C/H為0.33,MTBE的C/H為0.42,汽油中被替換的C8烷烴的C/H為0.44,從這一點(diǎn)來(lái)看,乙醇和MTBE都有利于減少CO2的排放.從燃燒程度來(lái)說(shuō),乙醇和MTBE引入了氧原子,降低了燃料對(duì)氧的需求和局部過(guò)濃的程度,有利于促進(jìn)燃燒的完全程度和減少CO的排放.對(duì)于不同發(fā)動(dòng)機(jī),兩種因素共同作用導(dǎo)致的燃燒特性不同,因此燃料對(duì)CO2排放的影響在不同試驗(yàn)車(chē)輛上存在差異.

如圖1(b)所示,不同于CO2排放的特征,大多數(shù)試驗(yàn)車(chē)輛在燃用E10時(shí),N2O排放都有所增加.從整體來(lái)看,汽油、E10和MTBE10對(duì)應(yīng)的平均N2O排放因子分別為1.9,2.1和2.0mg/km.N2O主要產(chǎn)生于循環(huán)初始,三元催化器溫度較低時(shí),受到駕駛循環(huán)、環(huán)境溫度、后處理技術(shù)和燃料的硫含量等因素的影響.高的硫含量可能導(dǎo)致較多的N2O排放,因?yàn)榱蛲七t了催化器達(dá)到工作溫度的時(shí)間.各試驗(yàn)燃料的硫含量順序?yàn)?汽油(5.5mg/kg)

如圖1(c)所示,對(duì)于大多數(shù)試驗(yàn)車(chē)輛,燃用E10或MTBE10時(shí),CH4排放相對(duì)于汽油都減少,最大下降比例達(dá)到20%.汽油的平均CH4排放因子為2.9mg/km,E10和MTBE10的CH4排放因子分別是汽油的96%和86%.CH4的主要致因是缸內(nèi)的不完全燃燒,與循環(huán)初始缸內(nèi)溫度低密切相關(guān).V3的N2O和CH4排放都明顯高,原因是V3的車(chē)重大,燃燒需要的燃油量多;同時(shí)V3的變速器檔位少,多工況下平順性和經(jīng)濟(jì)性差.

由以上分析可知,不同車(chē)輛個(gè)體的排放水平有很大差異,受燃料的影響也不盡相同.這是因?yàn)檎?chē)的尾氣排放受到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和后處理器等因素的影響.排除個(gè)體差異,提取關(guān)鍵的車(chē)輛特性參數(shù),通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用算法和統(tǒng)計(jì)模型建立車(chē)輛-燃料-排放之間的關(guān)系對(duì)于優(yōu)化車(chē)輛結(jié)構(gòu)、燃料升級(jí)和控制污染物排放具有重要的作用.由于本文的重點(diǎn)是研究燃料成分變化對(duì)車(chē)隊(duì)整體排放水平的影響,因此所選用的試驗(yàn)車(chē)為市場(chǎng)占有率高的車(chē)型且盡量包含不同發(fā)動(dòng)機(jī)型式、不同排量和不同變速系統(tǒng),以較為全面地體現(xiàn)整體排放水平的變化.

圖2(a)給出了7輛試驗(yàn)車(chē)燃用不同燃油時(shí)非CO2氣體排放的GWP.值得注意的是,雖然N2O和CH4的排放因子處于相近水平,但N2O排放的GWP為0.6g CO2e/km,CH4排放的GWP僅為0.07g CO2e/km.這也證明在國(guó)6排放法規(guī)中加入N2O限值對(duì)于控制溫室效應(yīng)十分必要.如前所述,N2O是起動(dòng)初始溫度低時(shí)三元催化器的副產(chǎn)物,所以混合動(dòng)力車(chē)的N2O排放及其溫室效應(yīng)需要特別關(guān)注.從車(chē)隊(duì)平均水平來(lái)看,燃用汽油、E10和MTBE10時(shí)的非CO2溫室氣體排放的GWP分別為0.648,0.691和0.662g CO2e/km,使用含氧燃料增加了車(chē)隊(duì)的非CO2溫室氣體排放的GWP.

圖2(b)給出了燃用不同燃料時(shí)排放的溫室氣體的GWP,降低燃油消耗,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率在長(zhǎng)期內(nèi)仍是限制溫室效應(yīng)的關(guān)鍵.可以看出,使用含氧燃料對(duì)尾氣排放的GWP的影響存在個(gè)體差異.V6和V7在使用E10和MTBE10時(shí)的GWP相較于汽油均略有上升,上升比例約為1%～2%.V4僅在使用E10時(shí)GWP有所升高,而V3僅在使用MTBE10時(shí)GWP有所增加.從車(chē)隊(duì)排放的平均值看,E10和MTBE10的GWP相較汽油的分別下降了2%和1%,優(yōu)勢(shì)并不明顯.但如果E10中的乙醇來(lái)自于生物質(zhì),則從整個(gè)碳生命周期考慮,燃用E10的GWP中不需要計(jì)入乙醇燃燒產(chǎn)生的10～14g的CO2(如圖2(b)中陰影所示),在這一前提下,使用E10相比于使用汽油時(shí),GWP一定減少,減少比例從5%～15%不等.

2.2 燃料的BHC排放及OFP比較

如圖3(a)所示,燃用汽油、E10和MTBE10時(shí),車(chē)隊(duì)平均BHC排放因子分別為20.1,21.6和23.0mg/ km.無(wú)論使用何種燃料,甲苯始終是最多的BHC,排放達(dá)到6～12mg/km,占比30%～50%.乙苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯和苯的車(chē)隊(duì)平均排放相當(dāng),都在2～3.5mg/ km.相比于燃用汽油時(shí)的排放,E10的使用增加了間二甲苯(+0.7mg/km)、對(duì)二甲苯(+0.7mg/km)和甲苯(+1.4mg/km)的排放,減少了乙苯(-0.7mg/km)和鄰二甲苯(-0.4mg/km)的排放;MTBE10的使用也增加了間二甲苯(+1.0mg/km)、對(duì)二甲苯(+0.9mg/km)和甲苯(+1.1mg/km)的排放.雖然前人的研究結(jié)果表明,BHC排放主要來(lái)源于燃料中相同的成分的未燃[26-27],但3種試驗(yàn)燃料的BHC排放還是有所差異,這說(shuō)明含氧成分會(huì)對(duì)BHC排放種類(lèi)及分布產(chǎn)生影響.

如圖3(b)所示,燃用汽油、E10和MTBE10時(shí),車(chē)隊(duì)平均OFP分別為89.2,100.0和109.3mg O3/km.乙醇和MTBE成分都傾向于增加車(chē)隊(duì)的OFP.除了甲苯因排放量高對(duì)OFP貢獻(xiàn)達(dá)30%以外,間二甲苯對(duì)OFP的貢獻(xiàn)也不容忽視,達(dá)20%～35%.

2.3 燃料的NMOG及THC排放比較

如圖4(a)所示,汽油、E10和MTBE10對(duì)應(yīng)的平均THC(NMHC+CH4)排放因子分別為19.3,18.5和17.3mg/km.各個(gè)試驗(yàn)車(chē)的THC排放都小于35mg/ km,遠(yuǎn)低于國(guó)6排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50mg/km的限值[18].V4和V6的THC排放在使用含氧燃料后有比較明顯的增加,使用E10時(shí)分別增加1.3和7.6mg/km,使用MTBE10時(shí)分別增加0.5和5.2mg/km.

圖4(b)給出了燃用不同燃料時(shí)的NMOG (NMHC+含氧化合物)排放因子.7輛車(chē)燃用汽油、E10和MTBE10時(shí)的平均NMOG排放因子分別為30.7,29.4和30.3mg/km,其中含氧化合物的平均排放因子分別為14.5,13.9和15.5mg/km,與NMHC的排放因子基本持平.可以看出,盡管對(duì)于大多數(shù)試驗(yàn)車(chē)輛而言,使用含氧燃料E10和MTBE10并未大幅度增加NMOG,甚至某些車(chē)輛的NMOG還有所下降,但值得注意的是,對(duì)于試驗(yàn)車(chē)輛V4和V6來(lái)說(shuō),使用含氧燃料顯著提高了尾氣中的NMOG,V4和V6的NMOG排放在使用E10時(shí)分別增加2.6(12%)和7.2(30%) mg/km,在使用MTBE10時(shí)分別增加3.6(17%)和9.1(38%) mg/km.對(duì)比THC和NMOG排放可以得出,在汽油中添加含氧成分尤其是MTBE后,某些車(chē)輛的含氧化合物(醛類(lèi)和乙醇等)的排放增加,其中甲醛排放增加5%～7%,需要特別關(guān)注.由于試驗(yàn)車(chē)輛的NMOG排放幾乎是NMHC排放的2倍,如果法規(guī)僅限制NMHC和CH4的排放因子之和,即THC,而忽略含氧化合物排放,則近半數(shù)的污染物未被考慮在內(nèi).比如V3的THC排放因子為30mg/km,而它的NMOG和CH4的排放因子之和超過(guò)了50mg/km.

3 結(jié)論

3.1 相比于不含氧汽油,含氧燃料E10和MTBE10降低了車(chē)隊(duì)CH4和CO2排放因子,增加了N2O排放因子.

3.2 車(chē)隊(duì)平均N2O排放的GWP為0.6g CO2e/km, CH4排放的GWP為0.07g CO2e/km,使用含氧燃料E10和MTBE10增加了車(chē)隊(duì)非CO2溫室氣體排放的GWP.

3.3 含氧燃料對(duì)尾氣排放的GWP的影響存在個(gè)體差異,但如果E10中的乙醇來(lái)自于生物質(zhì),則從整個(gè)碳生命周期考慮,使用E10相比于使用汽油時(shí),排放的GWP一定減少,減少比例從5%～15%不等.

3.4 燃用汽油、E10和MTBE10時(shí),車(chē)隊(duì)平均BHC排放因子分別為20.1,21.6和23.0mg/km.乙醇和MTBE成分都傾向于增加車(chē)隊(duì)的OFP.

3.5 汽油、E10和MTBE10對(duì)應(yīng)的平均NMOG排放因子分別為30.7,29.4和30.3mg/km.使用含氧燃料E10和MTBE10的NMOG與汽油持平.部分車(chē)輛的NMOG和CH4的排放因子之和超過(guò)了50mg/km.

[1] Sun J, Wu F K, Hu B, et al. VOC characteristics, emissions and contributions to SOA formation during hazy episodes [J]. Atmospheric Environment, 2016,141:560-570.

[2] 鄧思欣,劉永林,司徒淑娉,等.珠三角產(chǎn)業(yè)重鎮(zhèn)大氣VOCs污染特征及來(lái)源解析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(7):2993-3003.

Deng S X, Liu Y L, Situ S P, et al. Characteristics and source apportionment of volatile organic compounds in an industrial town of Pearl River Delta [J]. China Environmental Science, 2021,41(7):2993- 3003.

[3] Office of Atmospheric Programs. Global non-CO2greenhouse gas emission projections & mitigation 2015～2050 [R]. Washington, DC 20005: United States Environmental Protection Agency, 2019.

[4] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部. 2019年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào) [EB/OL]. https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/zghjzkgb/202105/ P020210526572756184785.pdf.

Ministry of Ecology and Environment of the People's Republic of China. Bulletin of China's ecological environment(2019) [EB/OL].

[5] 李如梅,閆雨龍,王 成,等.太原市城區(qū)夏季VOCs來(lái)源及其對(duì)O3生成的貢獻(xiàn) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(6):2515-2525.

Li R M, Yan Y L, Wang C, et al. Source apportionment of VOCs and its contribution to O3production during summertime in urban area of Taiyuan [J]. China Environmental Science, 2021,41(6):2515-2525.

[6] 曹文文,史建武,韓 斌,等.我國(guó)北方典型城市大氣中VOCs的組成及分布特征 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2012,32(2):200-206.

Cao W W, Shi J W, Han B, et al. Composition and distribution of VOCs in the ambient air of typical cities in Northern of China [J]. China Environmental Science, 2012,32(2):200-206.

[7] Odaka M, Koike N, Ishii H, et al. N2O emissions from vehicles equipped with three-way catalysts in a cold climate [Z]. Washington, DC: SAE International, 2002.

[8] Baronick J, Heller B, Lach G, et al. Impact of sulfur in gasoline on nitrous oxide and other exhaust gas components [J]. SAE Transactions, 2000,109:558-569.

[9] 何立強(qiáng),宋敬浩,胡京南,等.輕型汽油車(chē)CH4和N2O排放因子研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,35(12):4489-4494.

He L Q, Song J H, Hu J N, et al. An investigation of the CH4and N2O emission factors of light-duty gasoline vehicles [J]. Environmental Science, 2014,35(12):4489-4494.

[10] Lipman T E, Delucchi M A. Emissions of nitrous oxide and methane from conventional and alternative fuel motor vehicles [J]. Climatic Change, 2002,53(4):477-516.

[11] 彭婭楠.車(chē)用低碳醇燃料全生命周期評(píng)價(jià)研究 [D]. 西安:長(zhǎng)安大學(xué), 2017.

Peng Y N. Research on life cycle assessment of vehicle low alcohol fuel [D]. Xi'an: Chang'an University, 2017.

[12] 蔡慶麗,羅衛(wèi)云.車(chē)用乙醇汽油與大氣環(huán)境保護(hù) [J]. 廣西師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2015,32(2):86-91.

Cai Q L, Luo W Y. Vehicle ethanol gasoline and atmospheric environmental protection [J]. Journal of Guangxi Teachers Education University: Natural Science Edition, 2015,32(2):86-91.

[13] 胡志遠(yuǎn),譚丕強(qiáng),樓狄明.車(chē)用汽油替代燃料生命周期能源消耗和排放評(píng)價(jià) [J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007,35(8):1099-1103.

Hu Z Y, Tan P Q, Lou D M. Life cycle energy and environment assessment of gasoline and its alternative fuels [J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2007,35(8):1099-1103.

[14] Wang X, Ge Y S, Zhang C Z, et al. Estimating ozone potential of pipe-out emissions from Euro-3to Euro-5passenger cars fueled with gasoline, alcohol-gasoline, methanol and compressed natural gas [Z]. SAE International, 2016.

[15] Mayotte S C, Lindhjem C E, Rao V, et al. Reformulated gasoline effects on exhaust emissions: Phase i: Initial investigation of oxygenate, volatility, distillation and sulfur effects [J]. SAE Transactions, 1994,103:1320-1330.

[16] Council N R. Ozone-forming potential of reformulated gasoline [M]. Washington, DC: The National Academies Press, 1999.

[17] Song C L, Zhang W M, Pei Y Q, et al. Comparative effects of MTBE and ethanol additions into gasoline on exhaust emissions [J]. Atmospheric Environment, 2006,40(11):1957-1970.

[18] GB 18352.6-2016 輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段) [S].

GB 18352.6-2016 Limits and measurement methods for emissions from light-duty vehicles (CHINA 6) [S].

[19] Gierczak C A, Kralik L L, Mauti A, et al. Measuring NMHC and NMOG emissions from motor vehicles via FTIR spectroscopy [J]. Atmospheric Environment, 2017,150:425-433.

[20] 呂 晨,張 哲,陳徐梅,等.中國(guó)分省道路交通二氧化碳排放因子 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(7):3122-3130.

Lv C, Zhang Z, Chen X M, et al. Study on CO2emission factors of road transport in Chinese provinces [J]. China Environmental Science, 2021,41(7):3122-3130.

[21] Burgess S C, Choi J M J. A parametric study of the energy demands of car transportation: a case study of two competing commuter routes in the UK [J]. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 2003,8(1):21-36.

[22] Ehsani M, Ahmadi A, Fadai D. Modeling of vehicle fuel consumption and carbon dioxide emission in road transport [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016,53:1638-1648.

[23] Doll C, Wietschel M. Externalities of the transport sector and the role of hydrogen in a sustainable transport vision [J]. Energy Policy, 2008,36(11):4069-4078.

[24] Jung H H, Shelby M H, Newman C E, et al. Effect of ethanol on part load thermal efficiency and CO2emissions of SI engines [J]. SAE International Journal of Engines, 2013,6(1):456-469.

[25] 何立強(qiáng),胡京南,解淑霞,等.2010年中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)CH4和N2O排放清單 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2014,27(1):28-35.

He L Q, Hu J N, Xie S X, et al. CH4and N2O emission inventory for motor vehicles in China in 2010 [J]. Research of Environmental Sciences, 2014,27(1):28-35.

[26] Karavalakis G, Short D, Vu D, et al. Evaluating the effects of aromatics content in gasoline on gaseous and particulate matter emissions from SI-PFI and SIDI vehicles [J]. Environmental Science & Technology, 2015,49(11):7021-7031.

[27] Schuetzle D, Siegl W O, Jensen T E, et al. The relationship between gasoline composition and vehicle hydrocarbon emissions: a review of current studies and future research needs [J]. 1994,102(suppl 4):3-12.

Environmental impacts of gasoline and oxygenated fuels when used on light-duty vehicles.

ZHANG Meng-zhu1, HAO Chun-xiao2, GE Yun-shan1*, WANG Xin1

(1.School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)., 2022,42(4)：1545～1551

Based on the WLTC test results of seven China-6 compliant light-duty vehicles, the global warming potential (GWP), ozone formation potential (OFP), and non-methane organic gases (NMOG) with gasoline, E10, and MTBE10 were calculated and discussed. The GWP of crew-averaged N2O and CH4emissions were respectively 0.6 and 0.07g CO2e/km. The GWP of non-CO2greenhouse gases with E10 and MTBE10 fuelling was higher than those of gasoline. Bio-E10 is capable of removing 5%～15% of life-cycle GWP from gasoline vehicles. E10 and MTBE10 both tended to increase benzene hydrocarbon (BHC) emissions and therefore OFP. The NMOG from the test vehicles was roughly 30mg/km. The employment of oxygenated fuels, such as E10 and MTBE10, didn’t result in an obvious increase in NMOG.

GWP；OFP；gasoline；ethanol；MTBE

X51

A

1000-6923(2022)04-1545-07

張孟珠(1993-),女,內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人,博士,主要從事機(jī)動(dòng)車(chē)排放測(cè)試及乙醇汽油排放特性研究.發(fā)表論文10余篇.

2021-09-13

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51806015);移動(dòng)源污染排放控制技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(NELMS2018A17)

*責(zé)任作者, 教授, geyunshan@bit.edu.cn