这个问题里面有几个高赞答案我简单看了一下,有些说的是认为这是一个骗补的虚假技术,有些是从美国乙醇汽油发展谈的。和我的个人介绍一样,我在汽车相关企业工作(包含可研阶段直接到企业做横向课题)已经14年了,其中在2013年的时候直接负责过研究南美市场,因为一方面我们有现有发动机出口到南美地区(直到现在也是如此,但是都是M15以内的),另一方面,当时南美地区计划委托我们团队设计一款1.0L的发动机,并希望能够支持柔性燃料。我甚至一度已经被计划安排到巴西地区常驻2年以支持当地的国产化与产品应用。所以我算是从汽车企业一线对于南美地区以乙醇为主的柔性燃料答主中算是最熟悉的一个人吧。我适当从行业发展的角度谈一谈乙醇汽油的问题。
首先,因地制宜应当是所有替代燃料的基础。南美地区丰富的含糖类农作物是乙醇汽油风靡的基础。美国和我国的乙醇历史也各有资源背景。
巴西的乙醇汽油的历史可以追溯到1930s,甚至早于南美地区发现大量石油之前。巴西的基础是大量的甘蔗园地。因为甘蔗是经济作物,所以制糖出口和制乙醇换钱本身也没啥区别。而且尽管巴西后期也发现了大量的石油,但是由于巴西本国却长期依赖石油进口和从外国资本控制的石油公司购买石油,在很长一段时间并没有充分享受到石油资源的红利。其后果就是巴西本国政府对于乙醇汽油的发展一直非常支持。后面我们会提到FFV( Flex Fuel Vehicle – 柔性燃料汽车),就是在巴西被列为政府政策推广的车型。
美国的乙醇汽油主要依赖的是本国的工业化农产品-玉米。玉米的价格是如此便宜,以至于在美国装船送到中国,到岸价格比中国本地玉米的采购价格还要低,而且品质稳定,颗粒一致性好。
美国玉米的主要优势是:地理优势、大规模机械化和长期杂交育种。2017年,美国玉米全国平均产量为1.1万公斤/公顷(1466公斤/亩),而中国为6090公斤/亩(812公斤/亩),约为美国平均产量的55%,整体差距较大。这里要补充一下,根据统计,在2018年美国98%的玉米是转基因玉米,不过主要是为了大规模生产所需的抗病虫害目的。我个人由于我个人选择的原因,在有预算的条件下更倾向于购买非转基因玉米油食用。但是我也要强调的是,不能将美国玉米的高产量简单归结于转基因,其实核心还是农业机械化程度。如下表可见,中国的均摊的人力成本是美国的15.8倍。
由于大平原,大规模机械化以及品种优势,美国大量的玉米除了满足本国的口粮之外,大量用在畜牧业是出口领域。但是价格自然就非常低廉。所以反过来,当发现玉米是糖类作物中可以高产乙醇的时候,自然就会有很多企业开始搞乙醇燃料提升附加值的事情。根据一些不完全统计,专门给乙醇企业提供玉米长期合同的农产主的收入在面对玉米价格波动的时候,可以因此增收40%左右。
我国在2000年之后一段时间一度对关于乙醇汽油比较关注,一方面是随着国家的发展,对于汽柴油的需求越来越高,作为一个农业大国是否可以通过醇类燃料减少对外部燃油类资源的依赖是一个永恒的课题,另一方面,是当时由于国内连年粮食丰收,又加上历史上的多年粮食积累,每年中国都在抛弃报废大量的临库陈化粮。这些粮食不能给人吃,作为畜牧业消耗也不是很合适,有人就提出可以用来做乙醇,然后通过乙醇汽油来长期消耗。
那个时候我还在学校,各类代用燃料也是我们研究的课题之一。其实在那个时候这个话题还和土地流转问题挂钩了。因为在那个时代突然有很多中国的所谓”自由经济学家“认为,耕地问题和粮食问题都是可以通过自由贸易和技术进步来取代的,所以需要解绑中国的18亿亩耕地红线,把更多的耕地转为建筑用地或其他灵活用地,从而实现经济可持续发展。
然而,事实上从2005年-2011年,世界主要粮食生产国灾害频发,并直接导致了2006-2008年,2010-2011年两次世界粮食危机。恰恰是中国的粮食政策和耕地政策保障了中国平稳度过了这两个时期。目前我们正处在2020年之后的第三轮世界粮食危机的轮次中。
所以2006年之后,关于陈化粮转乙醇的研究课题就渐渐消失了。在这过程中,美国的玉米转乙醇汽油技术同样被很多世界组织攻击,因为乙醇汽油消耗了本该廉价出口的大量玉米,而很多粮食自给率低的国家就是严重依赖美国的廉价玉米出口才能喂饱自己的国家国民。而美国在当时认为这就是自由市场自由买卖。
当粮食缺少5%的时候,不是粮食价格增长5%,而是当粮食价格上涨到5%的人口就算饿死也买不起的时候,价格增长才会停止。
所以从2006年以后,包括生物乙醇在内的所有生物质燃料研究的核心,是非粮化以及不与粮食作物争地。在靠植物转化方面,尽可能的使用非粮食作物和非畜牧业能用的生物质来制造。然后其问题就是成本太高,效率太低。
所以国内的乙醇燃料产业一直发展的并不好。
目前国内四种制醇方案的参考价格(2017年媒体公布价格,仅作参考),煤制乙醇成本最低,这个后面讲,问题还是继续消耗煤炭这类石化燃料,算是灰醇或者棕醇,然后合成路径比较长,未来还是甲醇比较靠谱。粮食甘蔗就是遇到了使用粮食相关作物的问题。木薯的问题是国内种就要挤占耕地,进口的话那还是依赖进口。秸秆木屑制醇高赞回答说过几句,目前的问题就是成本高。所以想要补贴我也可以理解,因为算是碳补贴嘛。这个未来看中国的全生命周期碳排放和碳市场的筹建情况可能才会有比较市场化的优势条件。
说完了资源背景,我们说说技术和政策层面。
美国乙醇汽油在早期有两个很重要的推动因素。第一是石油危机带来的燃料自给的问题,这个大家比较好理解。第二是由于内燃机的尾气排放问题带来的,而且一直影响到现在。
普通的汽油的燃烧排放物中包含了各种污染物,其中一个很大的原因来自于汽油是一个多组分的石油提取物,主要成分是长链的碳氢化合物,含氧量较低。所以配合早期的发动机技术和后处理设备,燃烧产物复杂,排气可以看到黑烟和颗粒物粉末。
乙醇是一个含氧量比较高的短链碳氢化物,简单的来说燃烧的时候产物更简单,而且不会有黑烟存在。所以天生其排放产物就更加有利于清洁空气。所以无论是混合到汽油里面还是纯乙醇,都被认为是一种更加清洁的燃料。
不过到了1980s,尤其是到了1990s,由于一种划时代的伟大发明:三元催化器的出现,彻底解放了汽油机。只要当发动机的燃烧空燃比控制在一个合理的范围内,这个神奇的尾气处理机构可以实现将99%的有害尾气物质完全消除,而且还不需要定期添加耗材。与此同时,发动机的燃烧技术也在不断发展,燃料的脱硫以及提炼净化技术也在不断提升,与此同时还有各类的燃油添加剂技术的发展。所以1990s之后,替代燃料技术的环保优势不在,而且通过几个轮次的中东战争,中东几个强硬国家被打得服服帖帖的,石油限产问题基本被美国武力解决了,甚至美国自己也逐渐成为了石油出口国。对于石油的观念也在发展,最典型的例子是1970年就有人说石油会在未来50年内耗尽,但是实际的情况是过去五十年每年发布的石油储量越来越多,也就是说,石油越挖越多。
与此同时,新能源汽车技术的发展成为了化石燃料未来发展替代的一个新的重要方向,那么替代燃料技术的关注度就更低了。
不过,这几年来,乙醇的关注度又起来了一些,主要是由于如下几个方面:
- 化学汽油添加剂被禁用,乙醇作为汽油的添加剂被重视。由于很多短视频和科普文章的传播,很多人都知道含铅汽油添加剂被无铅汽油添加剂取代的事情。但是很多人不知道的是,目前一些无铅汽油添加剂由于可能对自然生态带来的其他影响而被一些发达国家禁用了。其中尤其是一种叫做MTBE-甲基叔丁醚,这是一种辛烷值改进剂,在历史上是取代含铅汽油添加剂的一种革命性的产物。但是这种组分在1999年被美国政府立法正式禁用了,原因是会污染地下水和深层土壤且在厌氧条件下无法短期降解,目前在国内还在被广泛使用。尽管工业界已经开发出了其他类型的替代物,不过价格偏高,那么乙醇作为一个很好的替代品,目前在美国MTBE被禁用后成为了唯一的高性价比添加剂。所以MTBE的被禁止又被人叫做“玉米商人的胜利”
- 碳排放问题的持续关注。很多人认为纯电动为代表的新能源汽车是减少碳排放的途径,然而事实上锂电池的碳排放和电力碳排放的问题依然非常严重。除了北欧等极少数国家之外,世界上绝大部分国家的电动汽车的实际碳排放在头10-15万公里是超过纯燃油车的。与此同时,基础设施的巨大投入以及将整个交通系统依靠在电网安全上也是非常危险的事情。低碳代用燃料的主要两个方向:1是以绿氢为基础的合成染料技术,2就是新一代的生物燃料技术。其中生物乙醇作为技术最成熟的技术之一,依然被很多地方所关注到。
目前南美等国的主要降低国家碳排放的策略就是进一步提升生物醇类燃料的比例,一方面来说这是因为他们的资源特点,另一方面来说也和他们的国家在电力基础设施升级与三电技术的发展局限性有一定的关系。
中国目前的未来技术趋势有很多讨论和争论。与此同时,国际绿党也在不断的影响中国的政府决策机构和舆论,一些国际ngo组织每年在中国为了系统性推动中国向绿色政策转型的政策游说投入就高达1000万美元以上。
其实在我看来,一个大国的未来,交通运输业必然是多样化的,总体来说,宜电则电、宜油则油、宜醇则醇,宜氢则氢,国家主管部门应当以全生命周期的碳排放为基础,管好大处,然后把剩下的交给技术的自然发展和市场竞争。
此外,更重要的,是始终重视产业的正常发展规律,关注就业和基础设施建设,特别是国家税金,一定要避免因为个别行业领军人物被影响了,就把数千亿级别的国家税金砸的跟玩一样砸给特定的企业。要有监控和追责的体系,更重要的是公开辩论和信息透明。一定要避免中国的汽车相关产业出现发电业和煤炭业一样的问题后,才想起来“先立后破”的道理。因为发生了一次,那叫经验不足,发生2次,那就纯粹是蠢和坏了。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:JackyQ
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