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面对雾霾我们能怎么办?生物天然气或可拯救
(博讯北京时间2015年2月28日 转载)
    
    所谓“生物天然气”指的是通过厌氧发酵或气化后,以精炼或合成的方式将有机的生物质(沼气)转变成以甲烷成分为主的生物燃气。沼气的原料极其丰富,制成生物天然气后,可以作为尾气污染物及碳排放量极低的汽车燃料。这对那些缺少化石天然气和燃油、又饱受空气污染和雾霾折磨的发展中国家来说,不失为福音。
    

    机动车尾气对形成雾霾的作用越来越大
    
    今年年初,占国土面积三分之一的大中城市,接连遭遇严重灰霾天气,引起公众极大忧虑。中科院大气物理研究所的研究结果显示,主要的PM2.5排放源为机动车、工业和电厂。其中,机动车排放和道路扬尘所占比例为50%,工业排放占37%,居民化石燃料燃烧和电厂排放仅分别占5%和8%。机动车污染已经成为大气环境污染中最突出、最紧迫的问题之一。
    
    截至2011年11月,全国机动车保有量已达2.23亿辆,机动车年排放氮氧化物583.3万吨,颗粒物59万吨,均超过总排量的90%;排放的一氧化碳和碳氢化合物均超过总排量的70%。研究证明,大城市空气中的PM2.5微细颗粒的最主要来源是汽车尾气,尤其是柴油汽车的尾气。特别是大型和特大城市的交通拥堵极为严重,迫使机动车频繁减速或处于怠速状态,发动机的运行工况恶劣,导致尾气中污染物的排放量比正常状态多出数倍。
    
    发电厂尤其是燃煤发电厂的废气排放物曾是珠三角地区大气污染的主要来源之一。经过大力限排改造,其对灰霾的贡献率已让位于增长势头强劲的交通源。该地区是我国城市化最快的地区,汽车和高速公路拥有量大,交通源对大气的污染已占到总体污染的20%—40%,超过工业污染,排第一。
    
    根据美国加州伯克利大学的一项研究,柴油车尾气中含有的二次有机气溶胶对雾霾形成的作用远大于汽油车。每升燃油造成的尾气污染物,柴油车是汽油车的15倍。欧盟国家的经验表明,一、二次颗粒物总量的36%来自交通运输领域的尾气污染物。
    
    在香港,虽经过15年的努力,雾霾问题仍日益严重——2011年,“严重空气污染”175天,为2007年的2倍;而柴油车特别是柴油重卡中,只有40%的排放符合欧Ⅱ标准。
    
    2012年年底,香港政府最终决定禁止使用柴油驱动的重型载重卡车。
    
    “以气代煤”发电,提高车用油品标号,都面临成本高补贴负担重的问题
    
    如果以液化天然气代替汽、柴油,PM2.5排放量要比传统柴油车辆低90%以上。相比之下,以天然气替代煤发电来减少PM2.5的排放量,由于燃气成本高,可行性较差。
    
    北京为解决PM2.5等问题付出了巨大代价,天然气政府补助每年将近40亿元,2013年将增加到100亿元。可见,在政治压力和举多地之力保障天然气供应的前提下,北京实施多年的“煤改气”尚且依然艰难重重,遑论其他地区?
    
    据报道,广州市环保局曾提出,到2016年PM2.5年均浓度要下降7%。为此所有的电力企业须实行“煤改气”。但这一意见遭到电企强烈反对而无法实行。因为天然气供气不稳定,而且价格高(燃煤发电0.53元/度,天然气发电1元/度),电企“亏不起”。
    
    车用油品的标号代表着油品的尾气污染物排放水平。发达国家的汽、柴油,早已全面执行第5或第6阶段标准,对尾气污染物排放的要求越来越严格,对有的污染物的容忍值甚至是零。
    
    而我国油品升级时间表多次被迫推迟。要到2017年才能开始执行第4阶段车用柴油标准(即国4标准;硫含量不大于50mg/kg);2018年才执行第五阶段车用汽油标准(硫含量不大于10mg/kg)。但即便实施了柴油车国4标准,其对雾霾关系重大的CO、NOx和PM三项尾气污染物的限值,仍远高于欧洲国家从2009年起早已推行的欧Ⅴ标准。特别是PM要高出10倍之多。柴油车现在实施的是国3标准,但实际上所使用的却是国1标准的柴油。更糟糕的是,真正使用的大多数并不是车用柴油,而是比车用柴油便宜、但含硫量高得多的普通柴油(含硫量的上限是2000mg/kg)。
    
    为什么我国油品标准升级这么难?这里既有历史原因,更有经济因素的制约。长期以来,多数炼油厂的炼油装置和工艺较落后,改造需时长和成本增加多。除了油品标准的因素之外,当前柴油汽车还很少采用选择性催化还原(SCR)技术,也是个很大的问题。该技术在发达国家早已普及,但在我国全面推广同样面临购车成本提高问题;加上对已有车加装SCR装置需要的时间,估计全部完成需10年。
    
    天然气车用可显著减少尾气污染,但我国面临缺气难题
    
    天然气替代车用燃油,特别是柴油用于重型车(公交车和重卡),已经被不少国家证明是最为行之有效的治霾措施之一。1952年的大雾引发了整个伦敦城的恐慌,并推动了净化空气的新立法。随着北海油田的开发,英国开始推行“向天然气冲刺”政策,伦敦把天然气比重从0.4%提高到30%,对雾霾天气的治理起到了巨大作用。在日本,专家一致认为,大城市中PM2.5的主要来源是汽车尾气,尤其是柴油汽车的尾气。为此,东京市把交通运输燃料中天然气的比重,从早先的1%大幅提高到20%。
    
    2011年我国的重型载货与大型载客汽车保有量分别为460万辆和126.6万辆。虽然数量仅占机动车总保有量的6.3%,但氮氧化合物和颗粒排放量,却分别占全国当年汽车总排放量的67.2%和78.8%。
    
    鉴于柴油汽车的尾气污染物数量如此之大,提高油品质量和安装尾气治理装置如此困难重重,最理想的途径应是以车用天然气大幅度地替代柴油和柴油车,首先是以天然气专用车替代重型柴油车(卡车和客车)。
    
    我国不仅是“相对贫油国”,还是“相对贫气国”,人均天然气资源量只相当于世界平均水平的1/7。近10年来,天然气消费量的年均增长率高达16%,供需缺口逐年加大。从2009年起,每年冬季都因天然气供需缺口过大而出现全国性的“气荒”。2011年,天然气的进口量已增至316亿立方米。按照天然气“十二五”规划的目标,预计届时的年消费量将达2695亿立方米,需进口900—1000亿立方米,对外依存度将迅速增至37%。
    
    因此,如果找不到能部分替代天然气的新能源,要想发挥天然气汽车减少常规化石燃油尾气污染的作用,也只能是一种良好的愿望。
    
    生物天然气车用,可兼收减少空气污染物和减少碳排放的两利
    
    国际经验表明,生物天然气车用对治霾的作用比常规天然气还要突出。据英国低碳和燃料电池竞争力中心(CENEX)的测定,生物天然气卡车的氮氧化合物和微细颗粒排放率分别为0.539g/km和0.002g/km,只有同型柴油卡车的14%和3%。很重要的一点是,如果将减排尾气CO2、NOx的车辆设计制造成本进行比较,则生物天然气汽车比一般的汽、柴油车更有优越性,制造成本要比汽、柴油车低出数倍。在最近的十几年里,欧盟国家已形成了大规模商业化生产和销售生物天然气的新产业,年总产量200亿立方米以上。
    
    瑞典是国际上生物天然气车用最早、成效最显著的国家。该国有以天然气汽车辆2.3万台,2009年消耗了6700万立方米燃气(其中65%是生物天然气)。该国生产的生物天然气26%用于驱动机动车。2010年有227家沼气—生物天然气工厂。其中140家用城市生活污水剩余污泥作原料,有191个加气站。有机废弃物和残留物如果全部开发,可以有每年74TWh,折74亿立方米生物天然气的产出。
    
    欧洲国家的研究表明,用压缩天然气(CNG)和柴油驱动的大型公交车相比,减排NOx和烟气的效果极为显著,NOx的减排率可高达96%,非常有利于改善城市的空气质量。
    
    生物天然气车用,一个异常突出的优势是CO2零排放乃至负排放。生物天然气比汽油减排CO2的理论值可达约30%;因此,已经确定了“零排放”目标的欧盟国家,都将扩大车用生物天然气的应用。
    
    生物天然气车用开发刻不容缓,潜力巨大
    
    在我国,天然气的普及率很低,车用的量更是少之又少。而另一方面,生物天然气资源十分丰富,但迄今为止几乎还没有真正规模化开发。
    
    综合国际能源署2010年所作的预测,理论上只需使用全球农、林残余物/废弃物的10%,即可生产出2210亿升汽油当量的生物天然气,能满足对车用天然气的全部需求(2470亿升汽油当量)。
    
    我国生物天然气开发究竟有多大的潜力?据我们对传统的5类沼气资源的资源量大体测算,可年产出生物天然气1560亿立方米。由于沼气的原料多数直接来自农村,部分沼气的生产和粗沼气的初加工适于在农村实施,还非常有利于促进农村工业的发展和增加农民收入。
    
    近年来,规模化生产的生物天然气开始在我国的可再生能源领域崭露头角。2010年以来,数个日产1—8万立方米以上生物天然气的试点企业陆续投产,而且几乎全部以压缩气(CBG)的形态用于车用。可以毫不夸张地说,只要国家的扶持政策到位,车用和民用生物天然气将成为“另类”非常规天然气的一匹“黑马”,对我国治霾和减排温室气体作出重要贡献。
    
    亚洲开发银行和清华大学2013年1月发布的《中华人民共和国国家环境分析》报告提供了以下数据:中国最大的500个城市中,只有不到1%达到了世界卫生组织推荐的空气质量标准;世界上污染最严重的10个城市之中,居然有7个在中国。对于专家和行政部门开出的种种治霾日程表,公众的反应只能是一个:“时间太长了!”之所以需要如此长的时间,关键在于当前代价较低的有力治霾措施太少。而发展车用生物天然气却是一种非常有希望的措施。为了不使公众失望,我们呼吁国家能源主管部门,将大力开发生物天然气作为近、中期内发展战略性新兴产业的一项国家级重大工程。
    
    来源:科技日报 (博讯 boxun.com)
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