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生物柴油高原减排有潜可挖
2019年5期 发行日期:2019-02-27
作者:■ 冀星

    前不久,生态环境部等11部门发布《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》(以下简称《行动计划》),内容涉及清洁柴油车行动、清洁柴油机行动和清洁运输行动、清洁油品行动等4个方面,并以京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原相关省(市)以及内蒙古自治区中西部等区域作为重点区域进行治理。生物柴油作为一种清洁的柴油替代品,可为治理柴油机以及以柴油机为动力的机械(包括柴油货车、船舶以及非道路移动机械等)污染发挥作用,尤其是在高原地区作用明显。
  
升级油品促减排在高原受限
   
    在检测设施方面,《行动计划》指出,加快建设完善“天地车人”一体化的机动车排放监控系统。利用机动车道路遥感监测、排放检验机构联网、重型柴油车远程排放监控,开展全天候、全方位的排放监控。重点区域2018年年底前初步建成,其他区域2020年完成。但机动车道路遥感监测、重型柴油车远程排放监控系统在高原地区的适应性,还需要进一步开展科学研究,确保设施技术先进、可靠。
    为加强柴油货车超标排放治理,加快降低机动车船污染物排放量,打赢蓝天保卫战,《行动计划》指出,“2020年年底前,京津冀及周边地区、汾渭平原加快淘汰国三及以下排放标准营运柴油货车100万辆以上。”可以预计,此举对减排将产生重要影响。相对于行政措施而言,技术的力量不容低估。
    然而,研究表明,通过油品升级来降低柴油车的排放,尤其是硫氧化合物的排放,在平原地区非常有效。但由于高原地区的特点,限制了升级油品对于柴油车排放的改善效果。
    高原地区的特点是气压低、温差大、空气中的氧含量低,常规的柴油机污染治理措施效果不理想。目前相关研究结果显示,在高原地区,石化柴油从国五升级到国六,并不能有效改善重型柴油机的动力性。因此,通过油品的进一步升级,以降低高原环境下国四、国五柴油车尾气排放(尤其是颗粒物粒数 (PN))的空间仍很大。
  
高原排放标准正在制定
    
    在检测标准方面,目前,检测依据主要是HJ857-2017《重型柴油车、气体燃料车排气污染物车载测量方法及技术要求》以及JT/T719-2016《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》。
    我国正在开展高原地区排放标准的制定。青海省科技厅以国六排放标准推行为契机,利用青海地处青藏高原(西宁海拔2400米)的地理特性,扩大和发挥该省在高原环境适应性技术研究方面的积累和优势,在高原地区开展机动车及非道路机械排放和车载尾气检测设备(PEMS)相关技术研究,为我国机动车国Ⅵ标准和非道路机械国Ⅴ标准落地实施提供技术支撑。
    为此,青海省科技厅设立了为期3年(2019—2022年)的专项课题,支持设立专项《机动车及非道路机械高原实际道路行驶测试关键技术研究与示范》。青海省将开展利用美国SENSOR、日本HORIBA、奥地利AVL三大主流PEMS检测设备在高原环境条件下的性能、精度、可靠性等差异性方面的发动机台架试验研究;典型机动车实际道路试验检测、典型非道路移动机械实际工况检测试验研究,以及与台架试验研究对比分析。针对机动车,选取典型车型(小型客车、小型货车、中型客车、中型货车、大型客车、重型载货车等)实施实际道路检测,开展高原机动车实际道路污染物排放特性研究。
  
生物柴油高原减排效果佳
   
    国家发改委等7部委联合发布公告(2018年第16号)称,自2019年1月1日起,全国全面供应符合第六阶段强制性国家标准VIA车用汽油(含E10乙醇汽油)、VI车用柴油(含B5生物柴油)。
    有关机构在高原地区(平均海拔2023~2027米)开展了重型柴油车燃用不同油品综合性能对比研究,结果显示:相比国六柴油,全测试循环中,国五重型柴油车采用B5、B10时,PN比排放降低幅度分别为9.95%和8.11%,CO比排放降低幅度分别为23.18%和25.98%,CO2比排放水平大体相当。从全生命周期考虑,生物柴油排放的CO2低于石化柴油;总烃(THC)排放水平总体较低(远低于国五水平);NOx(主要有NO和NO2组成)比排放变化不大,但二者NO2(NO2的毒性约为NO的5倍)比排放分别降低2.48%和8.21%,因此在高原环境下使用生物柴油可减小NOx的排放毒性。
    相比国六柴油,低速工况运行时,国五重型柴油车采用B5、B10时,PN比排放降低幅度分别为10.26%和33.88%,CO比排放降低幅度分别为35.7%和67.64%,相比全测试循环时PN和CO降低效应更为显著,且二者降低幅度同时随生物柴油掺混比的增加而增大。此外,低速工况下,B5和B10的NOx比排放稍增加,但NO2比排放分别降低6.25%和5.21%。
    掺混一定比例的生物柴油,在提升燃料氧的助燃效应的同时,可有效改善油品的润滑特性,降低发动机机械磨损,延长使用生命周期以及降低机油耗与改善实际燃油经济性。在国六石化柴油中,随着生物柴油掺混比的增加,B5和B10柴油的校正磨痕直径显著降低,降低幅度高达50%左右,油品的润滑特性显著改善,可有效降低发动机机械磨损(如高压共轨系统燃油泵、活塞与气缸壁面等),延长使用周期及降低机油耗与燃油耗。
    同时,添加生物柴油降低了发动机一次排放污染物的总量,对于目前市场上已加装了柴油微粒过滤器(DPF)的国三在用柴油改装车与工程机械改装车辆。车辆颗粒物(PM)原排较高,以及采用DPF路线的国五柴油车或未来国六柴油车(尤其在高海拔贫氧大气环境中运行),借助在石化柴油中掺混一定比例含氧生物柴油的燃料优化技术可有效降低PM原始排放,进而减少DPF堵塞风险,降低发动机背压与DPF的主动再生频率,并减少柴油机在非检测时间点排放不合格的几率,降低污染风险。
    生物柴油在平原地区的减排效果已被实践证实,中石化已经在上海设立了217座加油站加注生物柴油,为上海市减排发挥了重要作用。高原地区生态环境脆弱、承载能力差、恢复慢,因此机动车排放污染对高原地区影响甚于平原地区。加强高原地区排放标准制定,加快生物柴油的推广运用,可以借鉴中国石化在上海的成功经验,在高原地区选择一地或多地开展封闭运行试点,取得经验后,再进行推广。
  
    作者系中国石油大学(北京)正和生物柴油实验室主任、教授,2002年曾向国务院建议发展生物柴油产业,获得朱镕基等四位总理批示同意,(朱镕基总理收文编号:2002年7月4日镕基2248号)。作者见证了我国生物柴油产业的诞生,对促进产业发展发挥了重要作用。

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