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让甲烷作为汽车燃料——走向可持续发展经济的一步？

摘要

CNG（压缩天然气）早在19世纪30年代中期的意大利，就开始作为汽车燃料使用，从此意大利市场在这个行业一直是高度先进的。许多别的国家也跟着使用，其中一些国家近期却退出了。但是不管怎样，结果都令人印象深刻。对于这种汽车燃料的提倡是基于与汽油、柴油和LPG（液化石油气）对比的事实而提出的。压缩天然气更加清洁便宜；并且这种燃料是可再生的——它能由沼气在当地生产。尽管CNG的优点很明显，在匈牙利却几乎不怎么出现。这篇文章提供了一个对该主题的深入见解，主要强调了CNG初期使用时的障碍以及提供合理的政府措施。这些信息旨在对政府官员、市政当局、车队经理、汽车经销商及其服务部门的行动和决策过程，提供支持。

关键词：CNG（压缩天然气），汽车燃料，可持续经济

天然气通常由甲烷（CH4 ）构成，而这种成分的含量取决于它的产地，从80%到99%变化不等。其他的成分包括乙烷(C2H6 ),丙烷(C3H8 ),丁烷(C4H10),同样也有其他非烃成分：氢气（H2），硫化氢（H2S），二氧化碳（CO2），氮气（N2），氦气（He）。在200bar的压力下压缩后作为内燃机燃料时，天然气更加有效的燃烧过程产生了更少的温室气体排放物——远小于传统汽油燃料。特别的是，根据欧洲NGVA，与汽油内燃机相比，天然气理论上能减少30%的二氧化碳排放量（见表一）。

以烃含量，LHV（低位热值）每公斤和二氧化碳排放物对汽车燃料的对比（表一）

若用压缩天然气替换汽油，一氧化碳排放物能减少60-80%；若替换柴油燃料，能减少70-90%。用天然气替换可以减少氮氧化合物和二氧化硫的排放，而且几乎没有产生微利物质和有机性挥发化合物。除了减少交通噪音外，还能确保空气质量的提升（见表2）。除了上述以外，使用压缩天然气的汽车不产生冷启动排放物。

当使用压缩天然气时减少的排放量（表二）

在压缩天然气作为汽车燃料的其他优点中，有一点值得注意的是天然气资源的可行性。现有供应基础设施，以及压缩天然气比汽油，柴油和液化石油气更安全和便宜的事实。

作为参考，液化石油气是天然气和原油生产的一个副产品，丙烷和丁烷的一种混合物。液化石油气相比传统燃料产生的污染物更少，尽管它相比压缩天然气产生差不多一样多的排放物，但它却次于压缩天然气。

此外，基于压缩天然气的成分，从环保的观点来看，使用压缩天然气作为汽车燃料最有价值的优点，是在适当的时候天然气能被沼气顺利替代。从长远看来，为人们所期望的可再生燃料提供相对容易过度。在“能源技术展望”研究中可以发现一个相似的观点：“通过更高效率的汽车，向电力和生物燃料的转变，以及逐步采用天然气，然后向沼气和生物合成气过渡，交通运输中的CO2排放量会大幅度减少。”

沼气的主要成分也是甲烷（50-75%）。除了甲烷，沼气其他成分主要是二氧化碳（25-50%），氮气，氢气和硫化氢。经过适当的处理后，沼气可以作为天然气的替代品使用，因此可作为天然气汽车燃料的天然清洁来源。利用有机废物生产沼气是一个很好的例子，冈特保利称之为“蓝色经济”——使人类回到“生态系统的敏感性”，而不是“没有偿还的念头”地向自然借贷的红色经济，或是让消费者“多付一点钱的绿色经济，以获得同样甚至更少的同时，保护环境”。

在很多国家，这个选择已经是现实了。生物甲烷从19世纪八十年代起就被荷兰和美国注入天然气管网。根据博尔德兰等人的研究表示，2010年有110处设施和10个国家，将超过40000标准立方米/小时的生物甲烷注入管网。根据德国能源署，到2012年1月，只有欧洲有超过155家沼气厂，其中的120家向公共天然气管网输送升级沼气（其中77家来自德国）。2006年底，德国第一批用于天然气管网升级和沼气接入的两座工厂投入运行，如今尽管在欧洲荷兰、瑞典和瑞士，有着最久的升级和接入生物甲烷的经验，但德国仍然再接入能力方面领先。到2012年底，预计有约133家德国工厂将接入每小时的生物甲烷进料量为8.6万立方米/比米的网络。德国安装了近4000个沼气厂，超过500家在沼气分公司有10000名员工的制造商，是欧洲沼气技术最先进的国家之一。我们还应提到向汽车消费者提供压缩天然气的组织方式，只要有合适的安排线路，就可以在全国范围内使用天然气。德国的第900座压缩天然气站在2011年12月21日正式开启。但我们之后发现，德国使用压缩天然气汽车的数量和增长速度情形，并不像之前预想的那般。也许欠发达经济体的例子能为这个原因提供解释。

在不同国家的情形怎么样？

领头国家的例子

俗话说，患难见真情。甲烷被证明是许多保加利亚人的一个好朋友。20世纪90年代末，保加利亚面临严重的经济困难，这导致了较高的失业率，恶性通货膨胀和生活水平恶化。不计其数的公司和小企业实际上为了生存而挣扎，不顾一切的削减开支并寻找各种方法来减少运行成本。将传统汽油和柴油燃料替换成压缩天然气，成了许多汽车车队最成功的解决方法。根据欧洲NGVA的报告，保加利亚在2011年有60623辆汽车使用天然气，这使它成为继意大利和德国之后，拥有第三大天然气汽车车队的欧盟成员国。此外，如果我们将国家大小（当时意大利，德国和保加利亚的人口据报道分别为6.07,8.16和0.71千万）和陆上汽车的总数量列入考虑，保加利亚显然是欧盟的领头羊，其天然气汽车在其所有道路车辆中所占份额为2.25%！紧接着的是意大利1.86%和瑞典0.76%的份额。意大利在19世纪30年代中期，引入了第一辆燃烧压缩天然气的汽车，所以如果我们认为意大利市场相较于保加利亚有着超过60年的优势，那么对于保加利亚，这是一项重大成就。不过与此同时从世界范围来看，这些份额数字与2010年巴基斯坦81.52%和孟加拉国61.33%的道路汽车占有额来看，显然都不太大。亚美利亚紧接着是30.17%的份额。为什么相比之下意大利有着相对发达的基础设施和成熟的压缩天然气设备技术，而天然气汽车占汽车总量的比例如此低？一项由科连特斯等人得出的观察可能会给出答案：不仅仅是各自的价格，也是消费者的可支配收入影响不同质量燃料的选择。在这里，作者建议，天然气节约的成本必须要真地吸引人，以促进过渡。根据他们的研究，压缩天然气的价格降到比汽油低40%或者30%才变得吸引阿根廷消费者。CNG的价格优势与其他国家有什么关系？除了燃料的相对价格外？其他可量化因素可能会在哪里发挥重要作用，还有待于进一步研究。这些因素可能是人均GDP，一般生活成本，燃油价格的税收成分以及CNG汽车及改装的管理费用等。

另一个一定要检查的因素，是对于环保问题的普遍态度和个人实用主义的对比。显然，只要用户能够支付传统燃料费用，那么他会更愿意支付而不去使用新技术。关于向天然气燃料的过渡，大部分高收入消费者会享受保守方法的便利，避免未知技术和“有待证明”的节省的麻烦。在更加富裕的超市里的消费者（例如德国）有着强烈的环保意识，为自己创造了好的机会，却无法利用，这就是例子。这与玛利亚·丘托劳描述的现象相似，即拥有环保意识的高收入水平消费者的人均碳排放量比较低环保意识的低收入消费者更高。至于注重形象的私人车主，也存在着可耻的社会污名的负面影响，即对成本敏感的车主为了省钱而将自己的车辆改装成CNG。与此同时，其中一些人由于普遍的积蓄原因，可能没有个人的手段来改变去使用相对昂贵的天然气。除非传统燃料的价格飙升并且别无选择。在全球范围内，冈特·鲍利称，当前的经济剧变是一种伪装的祝福，或许可以阻止不切实际的消费主义。我敢说如果保加利亚没有经济问题，压缩天然气作为汽车燃料的引入很可能达不到现在这种规模。科连特斯等人在2011年也发表了相似的观察，关于阿根廷，他们说道：“我们的一些采访者说压缩天然气是燃料危机，意味着在经济相对低迷和消费者收入降低的时候CNG成为了一个更具有吸引力的燃料替代物。”

不过，尽管有经济上的“生存激励”，保加利亚引入压缩天然气作为汽车燃料不是轻松完成的。许多人已经意识到，压缩天然气与传统汽柴油燃料相比有显著优势，但还不足够。埃米利安·斯坦科夫博士是保加利亚俄罗斯大学内燃机系统和替代燃料专家，展示了一个很好的例子。20世纪末，俄罗斯大学交通学院的一批学者经过一系列的研究和实验，取得了令人鼓舞的成果，开发出了自己的工艺流程，并成功地将试验车辆改装成使用CNG的车辆。效率的提高和由此导致的汽车成本的降低引起轰动，该小组甚至在当地启动了制造和安装必要设备的计划，但面临着一个不存在基础设施的障碍。公众的兴趣很高，但对这项技术的真正需求被天然气燃料站的缺乏所限制。在当时修建在普莱文的加气站轻易的证明了，由于可使用的改装车辆不多，所以加气站面临着经济危险。这一恶性循环的魔咒终于在2000年被平行系列政策打破了——在建立当地加油站的同时，为选定的公共交通车队（城市公共汽车和出租车）改造并选定了设备。 这个案例实际上支持了塔姆西罗伊等人2007年的观察：“一个出色的第一步，是建立一个专属车队；这通常与公共汽车服务、市政车辆和/或出租车车队有关。”一当为首批车队建造的加油站在保加利亚投入使用，当地小型企业和被廉价汽车前景所吸引的私人个体便立即接受了这一新趋势。在开启了第一个加气站的一个月内，天然气汽车的数量达到了100辆。在一年内，改装车辆的数量变为1000并且在持续增长。这件例子引起了投资者的兴趣，加气站的数量也在增长。截至2011年10月21日，运营的CNG加气站数量为102个，即每700辆CNG车辆大约有一个CNG加气站。其中23个加油站位于首都索非亚，绝大多数出租车车辆都采用了适应压缩天然气的汽油发动机，完全忽略了曾经的传统燃料。作为对比，在2011年6月，意大利每887辆天然气汽车有一个加气站。与此同时，德国每个加气站只有105辆天然气汽车。谁的比例更好呢？如果要明确CNG汽车/加油站的最优比例，这一课题便值得研究。一方面，在国内建设更多的加气站对驾驶者有利，这是CNG汽车普及的积极因素；另一方面，如果CNG车辆数量太少，又会影响加气站的利润收入。杨森等人2006年在他们的研究中指出，对于拥有大量CNG车辆的国家，包括阿根廷、巴西、印度、意大利和巴基斯坦，每个加油站1000辆车将是加油站盈利能力与CNG车主便利性之间的最佳平衡。据报道，由于政府直接补贴CNG加油站的建设，意大利的比例从2004年的这一数值下降。(Yeh, 2007).

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