专家讲堂 ||甲醇是最佳的替代燃料

甲醇作为大宗化工原料，原本与普通百姓并无直接关联，今后将和汽、柴油一样会广泛进入开车族以及相关人群的视野，将与老百姓日常生活息息相关。因此，对于甲醇燃料的科普工作变得十分紧迫与重要。

甲醇分子式CH3OH，是一种广泛用于化工行业的基础原料，在车用洗玻璃水中也被使用，在F1赛车的燃料中担任主角。民众对甲醇的了解，主要源于多年前媒体 道的多起假酒案，由于假酒致人死亡、致盲，甲醇有毒的概念深入人们记忆、意识。如今，随着我国经济发展，使用廉价甲醇配制假酒的案例已经鲜少在媒体 道中看到，但是那些有关甲醇毒性的负面记忆尚存，也成为推广甲醇燃料的主要障碍之一。

一、作为液体车用替代燃料，甲醇危害指数低于汽油

甲醇在常温常压条件下是液体。在化学上，甲醇和乙醇都属醇类，化学性能十分相似，对生物体也有相似的毒性机理和相同的轻度危害等级。

1、从毒理学角度科学认知甲醇毒性

在动物实验中，将每kg动物体重折算计量摄入毒性物质的剂量mg/kg，试验中逐渐增加剂量，直到50%实验动物死亡，就得出半数致死量（median lethaldose），简称LD50（即LethalDose,50%），这是描述有毒物质急性毒性的常用指标。根据毒物摄入方式不同，LD50试验可以有经口喂食、经皮涂擦吸收或直接注射等方式，还可针对不同要求选择鼠、兔子、狗或者灵长类等不同动物种类进行试验。LD50值是指“杀死一半试验动物的有毒物质的剂量”。毒物的毒性越高，需要毒物剂量越小，LD50数值就越小；反之，LD50数值越大则毒性越低。

查询甲醇、乙醇、汽油的毒理学LD50数值：

表中数据可见，甲醇与乙醇的LD50值处于同一水平，数值大小互相交叉，并且有些数据反而显现乙醇毒性更高。

表中LC50试验值是通过改变毒物在空气中浓度方式让实验动物摄入不同剂量，从而得到的50%试验动物死亡时的空气浓度值，同样的判断方法，毒性越高50%动物死亡需要的浓度越低。表中LC50试验数据也表明乙醇的毒性要比甲醇更高。

汽油的LD50值比甲醇、乙醇都大，意味着汽油的急性毒性不如甲醇和乙醇为高。

毒性物质的LD50值因为试验得到相对容易、可靠，往往被作为衡量毒性大小最主要的依据。在《职业性接触毒物危害程度分级》国标中，将动物经口摄入得到的LD50值以5mg/kg、50 mg/kg、300mg/kg、2000 mg/kg为界分成五段，定义为——极度危害、高度危害、中度危害、轻度危害和轻微危害五个等级。农药的毒性等级划分也有类似的分段表达方式，与食品相关的物质，如食品添加剂则规定不允许采用LD50值小于5000mg/kg的物质。

至此，可能大部分人会有疑问，动物试验数据能够代表人体受到毒害的情况吗？当然，现代科学伦理已经不允许直接用人体试验得出毒性数据，但是，科学上有专门的方法和逻辑关联动物试验数据与人体的毒性判断。通过分析媒体 道的假酒案，我们也可以判断甲醇动物试验值关联人体的可靠性。

据媒体 道，2003年12月6日，云南省玉溪市元江县发生特大甲醇中毒事件，导致59人中毒，其中5人死亡。12月5日，村民周建忠妻子像往常一样买回了10多斤食用酒精，用这些酒精兑水后用于招待帮家里砍柴的村民，忙碌一天的20多个男劳力和周建忠一起喝酒吃菜，当晚就出现了中毒症状。 7日下午3点30分，一人抢救无效死亡，随后死亡人数扩大到5人。经有关部门对还没有喝的酒精进行化验，甲醇含量严重超标，是正常合格含量的500到1000倍。查阅国家对合格白酒的标准规定，每100毫升酒中甲醇含量不得超过0.04克。据有关专业人士介绍，甲醇含量这么高的酒只要喝上一小杯就足以使人中毒，甚至死亡。

依照国家标准，食用酒精中允许最高含有甲醇0.05%（W）,中毒事件村民们当日喝的兑水配制酒若超标1000倍，基本上就是纯甲醇兑水一半，如果超标500倍则可以理解为兑成25度低酒精度。20多人总共喝了10多斤，平均每人喝了近250克。以人体平均体重60公斤计算，相当于平均摄入量4167mg/kg，与大鼠经口LD50值相当，而实际在20多人中死亡5人。按此实例看，甲醇动物试验LD50用于衡量对人体的毒性基本可信。以乙醇兔经口LD50值7060mg/kg，折算到人60kg平均体重则为423.6克，喝800多克50度酒会有50%死亡率，与人们的常识也很吻合。

研究毒性的目的是为了保障人体健康，依据毒理学研究，采取必要措施限制有毒物质摄入剂量是个有效手段。那么有些物质对人体产生的慢性毒性，随着毒物在体内累积剂量升高，最终出现慢性毒性反应的情况，应该怎样评价与防范呢？

依照上图中降低摄入剂量，毒理学建立了如下一些基本概念：

最高值为试验动物100%死亡时的最小剂量，依次减小为LD50值、最小致死剂量LD01值、最大耐受剂量MTD、观察到有害作用的最低剂量LOAEL、未观察到有害作用的最高剂量NOAEL、安全限值。其中相同的两段分别体现高剂量的急性毒性和低剂量的慢性毒性。

考虑了累积作用后，动物慢性毒性试验需要持续两年时间，其中NOAEL值以下的剂量，实际上已经保证试验动物即使长期接触、摄入毒物，也不会产生任何毒性反应。考虑到试验动物之间和人与人之间对于毒性物质产生反应存在个体差异，同时还考虑到试验动物毕竟与人也有差异，毒理学在NOAEL值的基础上再分别乘以对应的两个安全系数，通常都取为十分之一，即可得出ADI值，并把ADI定义为人体终身以此剂量每天摄入也不会产生任何毒性反应的安全量值。ADI值留出了100倍的安全系数空间，在与人体接触毒物相关的各种健康安全场合，比如工业操作岗位、实验室、食品安全、部分药物等等，都会以ADI值为依据来考虑相关的措施，建立各种限量标准，防止超出ADI值的实际摄入量对人体造成危害的可能性。

了解毒理学知识还应该建立三个概念：毒性、危害、安全，以及三者之间的关系。

毒性是自然界普遍、客观存在的，甲醇有毒但不等于一定有危害，限制接触摄入剂量就能使之不发生危害。危害是一种风险，即便有可能发生的风险并不等于就真实存在，而取决于风险发生过程能否可控。安全的确定是由风险发生几率决定的，只要危害可控，风险发生几率足够低，就能保障安全。甲醇燃料（包括其它物质）毒性的判断和认识，更需要大众懂得这三个概念之间的逻辑关系，而不是简单地一概拒绝毒性，因为在绝大多数情况下绝对性地排除毒物是不可实现的。

2、职业危害与汽油同处轻度等级

GBZ 230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》对职业性经常长时间连续接触同一有毒物质可能造成的毒性危害做出了分级评价标准。

职业性接触毒物危害程度分级和评分依据：

GBZ 230-2010《职业性接触毒物危害程度分级》引入了毒物危害指数（THI），它的计算如下：

并且依据THI将各种毒物的危害程度分：

极度危害、高度危害、中度危害、轻度危害四个分级：

轻度危害（Ⅳ级）THI<35

中度危害（Ⅲ级）THI≧35~<50

高度危害（Ⅱ级）THI≧50~<65

极度危害（Ⅰ级）THI≧65

将甲醇、汽油的相关性质、数据输入计算得：甲醇THI=20，汽油THI=28。虽然二者在职业性接触毒物危害程度分级中都归于轻度危害等级，但是以危害指数综合评价二者毒性表现的结果，却是甲醇的毒性低于汽油。

汽油的急性毒性LD50值低于甲醇，但是汽油是组分十分复杂的混合烃类，其中含有少量苯等被确认的致癌物质，其它项积分值和权重计算的结果使得其危害指数明显大于甲醇。乙醇同样也被认定为具有致癌作用，因此乙醇的危害指数也高于甲醇。尽管民众能够接受酒 化，普遍接受将乙醇当做饮料喝，但它的毒性危害却是高于甲醇的。这一点上看，科学的评价与民众的认识、理念之间差距非常大。

甲醇、乙醇、汽油都有挥发性，因此使用中也会造成环境空气中含有微量蒸汽。由毒理学LC50等数据出发，国家在职业卫生标准中，规定了作业场所空气中甲醇蒸汽含量不得超过50mg/m3的最高允许值，用以保护作业人员职业健康。具体工程处理中往往采用作业场所敞开，加强通风等措施，保证环境空气中甲醇含量达标。

并且，依据《职业性接触毒物危害程度分级》国家标准GBZ 230—2010规定，甲醇和乙醇、汽油均被列入轻度危害等级，甲醇的危害指数还低于汽油。在甲醇汽车试点十个城市区域范围，全体涉醇人员体检中，均未出现影响人体健康的案例，涉醇场所环境监测的空气中的甲醇浓度均低于我国职业接触规定的限值。

3、规范用作车用燃料，不会对人体造成危害

甲醇燃料燃料系统采用与汽油一样的封闭性设计，安全措施完备。甲醇燃料正常工作运行时，甲醇燃料和甲醇蒸汽并不会泄露进入大气形成污染。因此驾驶员和乘客与甲醇燃料可能的接触在设计之初都被有效杜绝和隔离。

甲醇和乙醇都属醇类物质，化学性质很接近，分子结构中都有一个羟基（OH），产生人体中毒效应的生物化学反应中，反应活性和作用机制应该是一致的，二者的毒性数据和中毒表现也很相似。甲醇在自然界天然存在，即使在发酵生产食用酒精过程中依然同时会产生微量甲醇，因此国家标准也对食用酒精中的甲醇含量作出限定。这些都说明，人类其实一直都与甲醇有所接触。资料中强调甲醇对人眼的损害，一定程度上眼睛成为了甲醇中毒的“靶器官”，但我们经常也能听说长期嗜酒或醉酒的人群同样反映有眼睛模糊的症状，所以只是甲醇对人眼的伤害更突出而已。

大众对甲醇的毒性了解主要来自于假酒案。笔者查询了1989~2009年间媒体 道的假酒案，按个人非正规的检索统计，20年中总计发生过13起假酒案。

在20年中13起假酒案伤亡人数统计：

并且据 道反映，这些中毒者大多是实际喝了较多掺入甲醇的假酒。即便没有这样的假酒，乙醇作为社会“酒 化”对于人体健康的危害其实更大，如果统计每年喝酒中毒死亡人数对照，相信酒精中毒死亡人数会更多。并且因喝酒中毒、醉酒而间接发生的各种酒驾、肇事等等众多社会危害却常常被忽视。近年来，法规已经出现了聚会劝酒致死的判罚案例，可见其社会危害的严重性。

甲醇与乙醇、汽油都属于易燃易爆危险化学品，甲醇的热值低于乙醇、汽油，挥发性低于汽油，容易溶解于水，在消防安全方面的危害性也低于汽油。

当然，甲醇燃料是用于驱动汽车，并不是当作饮料喝，在甲醇汽车试点工作与推广应用管理体系中，已经具备有效控制甲醇被人体摄入的剂量和杜绝从各种途径进入自然界的可能。因此我们完全有把握认为：只要规范用作车用燃料，甲醇不会对人体造成危害。甲醇的毒性问题也不应该成为甲醇汽车推广应用的意识障碍。

二、煤制甲醇的资源利用率远高于煤制油

在我国，甲醇生产主要以煤为原料。

以煤为原料生产车用成品油有煤直接和间接液化制油的工艺途径。其中，神华集团年产100万吨煤直接催化加氢制油项目已成功投产，成为我国煤化工技术领先世界的标志之一；采用煤先气化，再由合成气催化反应间接生产油品的费托合成工艺路线，在我国也有几套大规模生产装置相继成功投产；煤制油还有另一个工艺途径是通过中间产品甲醇脱水间接制油，这在我国同样也有多个成功投产的大型项目。

国内煤制甲醇最先进的单耗指标约为每吨甲醇用标准煤1.6吨。而神华100万吨煤直接制油产出的油品加上其他副产，每吨产品消耗原料煤需要4.35吨；通过甲醇间接制油的单耗约为每吨油需原料甲醇2.353吨，加上工艺过程的蒸汽、电耗，折合成原料煤总计达5.65吨。

由此可见，在煤制燃料中做比较，生产甲醇的资源利用率远高于煤制油技术途径。正因如此，中国政府在解决煤制油技术储备以后，及时做出了停止后续项目批准的正确决策。另外，世界上除了南非以外，其它各国一直没有推进煤制油的产业化也事出有因。

从等热值能量转换效率角度看，汽车使用甲醇作燃料，相比煤制油生产车用液体燃料等途径，非但避免了生产工艺过程的资源、能量消耗，还能达到甲醇直接作为燃料可大幅提高发动机热效率的节能效果。

二、煤制燃料生产能耗大幅减少，二氧化碳转废为宝

使用甲醇作为车用燃料，直接和间接导致的煤耗的降低，本质上能够大幅减少燃料生产过程中无效燃烧的能耗，同时也大幅降低环境污染物与二氧化碳的排放。

另外，甲醇生产中合成气的脱硫脱碳净化工艺，是集中排放二氧化碳的，并且排放浓度最高可达90%以上，现有工艺已经可以进一步将其精制成为食品级二氧化碳，以及用于消防、工业惰性气体等的实际商品利用。

如果今后需要地质埋存治理，或者配合地热、光伏、风力、水力等绿色发电发展二氧化碳加氢制甲醇，这样高浓度的二氧化碳也将更方便、更节能。

三、甲醇对环境更友好更绿色

甲醇作为燃料使用时，对周围环境的污染排放主要在于储存、运输和添加过程中。运输事故、储存渗漏、加注溅洒、甲醇蒸发挥发等是甲醇污染排放的主要途径。

汽油国标规定在37.8℃下蒸气压为40～85kPa，甲醇在同样温度下蒸气压为31.9kPa，明显低于汽油；甲醇的汽化潜热为1167kj/kg，比汽油值293～841kj/kg高得多，正常使用和储存情况下，甲醇挥发排放进入大气的数量远低于汽油。

甲醇易溶于水，进入水体或土壤中的甲醇会很快被稀释，当浓度低于微生物生存阈值后就能被自然界微生物降解自净。而汽柴油则难溶于水，不易扩散，在自然环境中难以降解，会产生累积污染。另外，废水中含有少量甲醇反而有利于微生物降解脱出废水中的含氮物质。

因此，甲醇燃料虽有一些毒性，但易于在环境中降解，使用甲醇燃料不会对环境造成严重的污染。

在水中，甲醇及乙醇的生物降解过程要比原油或者汽油迅速得多。醇燃料在水中的滞留时间以几小时计算，而原油、汽油、柴油的滞留时间尺度则以几年计算。

据估算，如有10000t甲醇泄漏到海中，在洋流帮助下扩散溶解稀释，泄露后1小时甲醇的浓度就能下降到0.36％，再往后的浓度将更低。随后的几天内，微生物通过生物降解方式能将稀释的甲醇降解处理完。

但是在相似规模的汽油泄漏事故中，汽油由于与水不溶，将会大面积覆盖在海水表面而不容易被扩散，长时间的集聚很可能导致区域性的生态灾难。

从这一点分析，用船舶运输醇燃料或者船用柴油机使用醇燃料，一旦泄漏，甲醇对生态环境的危害会远比石油及其成品轻得多。

应该指出的是，环境中甲醇的性质与甲基叔丁基醚（MTBE）也有很大不同，MTBE不容易降解，因此已在世界一些国家和地区被禁止作为燃料中含氧高辛烷值的添加剂，并将成为一种趋势。

当甲醇溢流在陆地土壤中时，真菌及细菌表现出较大的容忍性。有资料表明，如果土壤表面甲醇泄露浸润达到饱和状态，一星期以后，在10cm到30cm深度处，50%以上的真菌孢子（蘑菇）能恢复活性，三星期后90%能恢复活性，细菌的活性也同样恢复较快。

瑞典曾在草地上进行试验，以1.35L/m2汽油及M15和以2.71L/m2的甲醇及乙醇的量洒向草地，然后在深度10cm到30cm处取出土壤对上述燃料及主要成分如醇、苯、甲苯及烷烃进行分析。结果表明，甲醇及乙醇更容易从表面蒸发掉，而且容易随水分转移到土壤中有微生物的地方，而这些生物活性还能使甲醇浓度进一步减小，经过四星期后，土壤中上述甲醇及乙醇的浓度只有 3x10-6水平。

为了评价洒向草地的醇燃料及汽油对土壤长时间的影响，以年为时间单位测量分析了土壤中通气氧的消耗能力。通气氧消耗高表明微生物生存丰富，通气氧消耗低表明土壤中微生物受到损伤。结果是，汽油及M15洒草地的土壤显示了较低的氧消耗情况。

国外还对醇燃料及汽油对植物实际生长的影响进行了试验。研究结果表明，在喷洒了甲醇及乙醇的土壤中，植物生长受到的影响比汽油及M15混合燃料的低。一年以后，在受醇燃料污染的地方，植物生长出的总量是正常土壤的65%，而受汽油及M15污染的土壤生长出植物的总量只有未受污染土壤的50%及45%。

综合这些试验研究情况表明，甲醇对陆地生态环境的影响，不如汽油的影响更严重。

附表：环境中甲醇和苯的半衰期预估 [1]

[1] Methanol Institute全球甲醇行业 ,Evaluation of the Fate and Transport of Methanol in the Environment甲醇在环境中的归趋和转移, 1999年1月。

四、推进甲醇替代车用燃料，符合我国能源国情

我国的能源资源国情是“缺油少气相对富煤”，煤炭作为能源主体的状况在相当长时期内不可能根本改变。

煤制甲醇是清洁利用煤炭的有效途径，如果甲醇成为较大份额的车用替代燃料，将会对我国能源多样化战略，对改善我国能源安全状况，以及克服煤炭利用中的环境治理困境做出巨大贡献。

与发电等煤的直接燃烧和直接排放方式截然不同，煤制甲醇工艺过程高压高温全封闭，煤制甲醇工艺过程中的所有三废都能得到合理利用和收集，并进行规范的排放与治理，生产工艺绿色环保。

甲醇产品不含硫，甲醇生产中硫的分离脱除通过专门工艺过程转化成硫磺、硫酸或硫酸铵化肥等产品并能得到综合利用；甲醇生产不排放SOX污染物；甲醇生产中煤的气化过程使用纯氧，没有氮气，也不产生NOX排放。

因此在我国，通过煤制甲醇方式是清洁利用煤炭资源的有效途径，也是我国科技部十三五规划提出碳基能源清洁利用的一条必经之路。

五、甲醇作为燃料的水氢汽车实现零污染排放

广东合即得能源科技有限公司多年致力于研发彻底解决燃料电池氢气制、储、运、成本等难题的水氢技术，利用催化重整技术，将甲醇水作为原料制氢直接发电，不再需要将氢气压缩装罐或者管道运输、通过加氢站使用。做到了“用氢不见氢”，从根本上解决了储氢和运输的安全难题。同时，降低了氢能制备和使用成本，整个发电过程均为电化学反应，仅排放水和少量的二氧化碳，零污染物排放。水氢技术研发成功“燃”起了人们对氢能与燃料电池产业的新希望。

水氢汽车是水氢技术在电动车上的应用，水氢动力模块则是水氢汽车的心脏，也是氢能产业的核心。与原油车的结构相似，只是把原油车的油箱换为储甲醇水罐，把燃油车的内燃机换为水氢动力模块，只不过燃油车加油，水氢汽车加甲醇水。换言之，通过甲醇水和氧气就可以产生电和水，电则可为人所用，驱动车辆前行，水就可以当做废物排掉，没有任何污染。另外，通过单元堆叠方式还可实现水氢动力模块规模放大，同时适用于移动动力源和分布式发电。

水氢汽车特征

1、纯绿色电力，实现真正零排放。

2、无需电 增容，无需充电桩，无需充电，彻底解决用户充电焦虑。

3、采用常温常压的甲醇水溶液作为燃料，加满一箱45升燃料仅需3～5分钟，续航可达450公里。

4、转化效率是传统发电机的2倍以上，效率高达40%以上，热电联产后可实现80%以上。

5、可通过物联 实现整车运行状态的全程监控与管理。

6、可充分利用现有的加油站系统改造甲醇补给站，与加氢站和充电站相比，配套成本几乎为0，大大节省基础设施的大规模投资。

水氢汽车的能效转换效率高于传统汽、柴油汽车，更高于天然气汽车，尾气排放也优于这些传统汽车。同时，甲醇还具有与天然气一样的轻碳比例，作为一种低碳能源对于减排二氧化碳也有重要意义。推广使用甲醇燃料对降低大气污染物排放和二氧化碳减排都具有明显的贡献。