《科技创新与品牌》杂志社创新成果

节能减排从燃料入手



姚春德教授


        内燃机因体积小、重量轻、便于移动、热效率高、起动性能好等特点,被广泛应用于汽车、火车、船舶、飞机以及一些大型机械设备上,方便了人们的生活和生产。但是内燃机消耗石油燃料,排放的废气中有害成分较高,严重污染生态环境。所以,内燃机应用上造成的污染已成为一个亟待解决的问题。
        天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德教授指出,降低汽车尾气中氮氧化物和微粒的含量是达到高排放标准的关键。2002年,姚春德带领他的研究团队进行大胆尝试,率先在我国提出组合燃烧新技术构想。
        据姚春德介绍,组合燃烧模式是指柴油/甲醇组合燃烧技术。由于甲醇属于含氧、高汽化潜热物质,与柴油混合燃烧能够减少氮氧化物和微粒的排放。该方法仅仅只增加了一套燃油喷射系统,却大大降低成本,既符合国家能源政策,又实现交通能源的可持续发展。目前在天津、上海、山西、山东等地均能看到应用该模式的内燃机车运行且效果很好。柴油/甲醇组合燃料对缓解柴油紧张,保障国家能源安全发挥了重要作用,同时该方法已获得国家发明专利。
        另外,甲醇的生产资源非常丰富,目前单就煤而言,我国大概有40%的高硫煤,发电或冶金除硫成本较高。如果用来生产甲醇,就等于能源资源又增加了一倍。同时目前的生产技术也很成熟,除了用二氧化碳和氢气合成,还能从煤和天然气中获得甲醇且转换效率接近80%。用甲醇作为替代燃料符合可持续发展的需要,对缓解柴油紧缺,调整燃油结构意义重大。
        为使这项技术得以应用,姚春德多次撰写论文,从能源多元化、节能减排、调整燃料结构等方面分析甲醇作为燃料的优势。另外,姚春德经过多次试验,从毒性、排放、对生态环境的影响、安全性、腐蚀性以及与气候变化的关系等方面重新解读甲醇特性,澄清了长期遗留下的误解。
        然而,由于甲醇的自然着火点比柴油高出一倍以上,一度使其在压燃式发动机上的应用遭遇瓶颈。为了解决这个问题,在姚春德的带领下,天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室经过多年的理论研究、反复的实验室台架试验以及发动机数万公里的道路试验,终于攻克这个难关,为甲醇大比例替代柴油提供了新途径。使用甲醇/柴油组合燃料,尾气中微粒和氮氧化合物的含量明显降低,不仅节能减排,而且加速性好、价格低廉,运输费用大幅降低,用户使用的积极性也很高。
        姚春德说,内燃机最先进的技术永远在最前面。他主张建立多燃料燃烧体系,实现能源多元化。姚春德还说,行业的发展不能忽视自主创新,但是创新要符合国情,为国家服务才是自主创新的目的。任何资源乘以13亿就会变得很大,除以13亿就会变得很小。在能源需求上,这是一个被13亿除的问题。所以我们要想办法节能减排,想办法寻找新能源,保障国家经济安全、健康发展。西方的技术也许最先进,但不一定最适合我国,所以不要盲目照搬。满足国家需要的创新才具有实际意义。


    姚春德,1955年6月出生,天津大学教授、博士生导师。1982年1月获合肥工业大学内燃机专业工学学士学位,1984年10月获天津大学内燃机专业工学硕士学位,1988年7月获天津大学内燃机专业工学博士学位。现任天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副主任。主持国家、部委及横向课题近30项,获部委奖励2项,发表论文近200篇,获国家授权的发明和实用新型专利9项。曾获机械部优秀科技青年称号、国家教委科技进步奖二等奖,被评为机械部首批跨世纪学科带头人。被国家教委、人事部授予“全国优秀留学回国人员”,是2002年容闳科技教育奖奖教金获得者。