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李百成1，張承亮1，陳振斌1，蔣盛軍2，劉賽武1
（1.海南大學機電工程學院，海南海口570228；2.中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州571737）
摘要：文章對E10，E15，E20及柴油進行生命周期評價。結果表明：與傳統柴油相比，E10的全生命周期能耗與柴油相當，E15和E20全生命周期分別節能4.6%和6%；在全生命周期碳排放方面，E10，E15和E20分別減排2%，3.04%，4.1%；在標準排放物方面，除NOx增排外，SOx，PM10，CO，VOC均達到減排的效果，其中VOC，PM10的減排效果較為明顯。
0引言
化石能源短缺和環境污染的日益嚴重，已成為中國當今社會所面臨的重大問題，考慮到能源安全、環境保護和經濟可持續發展，許多專家學者和科研機構在積極尋求石油替代燃料。
生物乙醇等車用替代能源具有可再生、環境友好、燃燒性能良好的優勢。以木薯為原料生產燃料乙醇符合中國“不爭糧，不爭（食）油，不爭糖，充分利用邊際土地”的糧食發展戰略。乙醇作為一種含氧燃料，在內燃機燃燒過程中具有自供氧的作用，用乙醇部分替代柴油，可以降低柴油機排放對環境造成的污染。近年來，國內外對乙醇-柴油混合燃料的制備、發動機燃燒和排放性能等方面進行了大量的研究。
生命周期評價是對一種產品從“搖籃到墳墓”全生命周期內對環境的壓力進行評價的客觀過程。生命周期評價可從系統的角度對產品進行更加全面地認識、評估、改進，以做出正確的、可持續發展的決策。本文對E10（乙醇和柴油體積比為1∶9），E15（乙醇和柴油體積比為3∶17），E20（乙醇和柴油體積比為1∶4）及柴油這4種燃料進行生命周期評價，探討混合燃料E10，E15，E20的節能減排效果。
1生命周期評價
木薯乙醇-柴油混合燃料的生命周期是指從木薯種植、原油開采開始直至燃料燃燒的系統過程，由原料、燃料、車輛和燃燒使用4個階段組成。木薯-乙醇全生命周期及各階段的組成部分如圖1所示。
1.1功能單元定義
化石能源強度：車輛行駛1km的全生命周期一次化石能源（煤炭、石油、天然氣）總消耗量（MJ/km）。
碳排放強度（GHG）：車輛行駛1km的全生命周期碳排放量（g/km）。溫室氣體包括CO2，CH4，N2O，計算時都折算成CO2當量。
標準排放物強度：車輛行駛1km，NOx，SOx，PM10，CO，VOC的全生命周期排放量（g/km）。
1.2計算方法
1.2.1全生命周期化石能源計算方法
2重要數據的收集及整理
2.1木薯燃料乙醇種植階段數據
木薯燃料乙醇種植階段主要數據包括肥料和農藥的投入。由于部分數據及能源的二次利用的數據難以收集，加之對結果影響不大，故沒有考慮在內。表1所示為種植階段所收集的數據。
將收集的數據,根據為獲取該原料所需的一次能源強度系數及相應的碳排放系數，進行相應的換算得出每生產1kg乙醇燃料,木薯種植階段所消耗的化石能源強度及碳排放強度，結果如表2所示。從表2中數據可以計算出，氮肥的投入是此階段化石能耗及碳排放的主要因素，分別占到本階段化石能耗及碳排放的59.6%和71%。
2.2燃料轉化階段數據
木薯乙醇轉化階段包括原料預處理、蒸煮液化、酵母發酵、蒸餾、脫水、廢醪處理等環節。根據文獻和燃料乙醇企業的實際生產情況，按照新工藝制備乙醇，收集燃料乙醇生產各工藝階段蒸汽、電力、化學藥品等消耗的化石能源及碳排放，并追溯到源生產這些蒸汽、電力、化學藥品所消耗的化石能源及碳排放，測算結果如表3所示。蒸餾、蒸煮液化對本階段的化石能耗及碳排放貢獻值較大，通過計算可知，蒸餾、蒸煮液化分別占本階段化石能耗的44%，31.77%，占本階段碳排放的45%，29.8%。提高轉化階段蒸煮、蒸餾液化的技術可以減少木薯乙醇全生命周期的化石能耗及碳排放。
2.3其他階段數據來源
除木薯種植及木薯轉化為乙醇方面的數據外，木薯乙醇-柴油的全生命周期數據還包括：原料階段石油的開采、運輸、儲存、木薯的運輸；燃料階段柴油的加工與運輸；車輛階段汽車原料生產與運輸、汽車制造、車輛的報廢與回收；燃燒階段柴油及混合燃料的燃燒。數據收集與來源如表4所示。
3全生命周期評價
3.1全生命周期化石能源強度及GHG強度評價
全生命周期化石能源強度及GHG強度測算結果如表5所示。
與傳統柴油相比，E10的全生命周期能耗與柴油相當，E15，E20全生命周期分別節能4.6%與6%；GHG排放方面，E10，E15和E20分別減排2%，3.04%和4.1%。
3.2全生命周期標準排放物強度
全生命周期標準排放物強度測算結果如圖4所示。與傳統柴油相比：NOx排放量增加，E10，E15和E20增排量分別為6.5%，13.1%和12.8%；CO排放量與柴油排放相差無幾；SOx排放量減少，E10，E15和E20減排量分別為3.92%，5.5%和8.1%；VOC排放量減少，E10，E15和E20減排量分別為12.5%，9.92%和8.05%；PM10排放量減少，E10，E15和E20減排量分別為8.2%，9.6%和13.3%。
4結論
盡管木薯乙醇-柴油目前尚處在實驗室研究階段，距離規模化生產和商品化應用還有很大差距，但進行木薯乙醇-柴油混合燃料的研究可以為木薯乙醇-柴油的推廣應用提供一定的支持。通過對混合燃料E10，E15，E20及柴油進行生命周期評價，給出以下結論。
（1）氮肥的投入分別占到木薯種植階段化石能耗及碳排放的59.6%和71%。
（2）蒸餾、蒸煮液化分別占木薯轉化為乙醇階段化石能耗的44%，31.77%，碳排放的45%，29.8%。
（3）與傳統柴油相比，E10，E15和E20全生命周期分別節能3.1%，4.6%與6%；GHG排放方面E10，E15和E20分別減排2%，3.04%和4.1%。
（4）在全生命周期標準排放物強度研究中，和傳統柴油相比，除NOx增排外，SOx，PM10，CO，VOC均達到減排的效果，其中VOC，PM10的減排效果較為明顯。 |
