甲醇汽车对环境和健康的影响
潘奎润
1.甲醇毒性和安全性
甲醇毒性问题很受人们关注，特别是假洒事件影响，往往造成不必要的顾虑。实际上甲醇和汽油一样，在化学上者属中等毒性物质。甲醇确是不可饮用和溅入眼中的(任何燃料也应如此)。在“六五”国家M15甲醇-汽油的联合毒性进行了研究。“七五”国家M100甲醇攻关和中德科技合作期间，对“甲醇中毒机理的研究”和“甲醇对人休健康的影响”等课题已由北京医科大学进行了研究。其中对接触甲醇燃料人(司机、加油工、实验人员)的健康影响，已由北京医科大学的三院职业病科和眼科共同进行了为期三年详细的连续跟踪检查，并和不接触甲醇的人进行了对比。结论是，只要遵守操作规程，没有发现人体健康有异常。我国从事甲醇汽车试验研究了20年的人员，以及现有仍在驾驶甲醇汽车的司机，也未发现健康有异常。我国生产甲醇已有数十年历史，也从未发现甲醇工厂工人有甲醇职业病。实践证明，只要遵守操作规程，甲醇作为燃料是安全的。
在燃料燃烧前，需要处置液体燃料(如加油等)汽油是由几百种不同的烃组成，其中有一些是强致癌物，如苯、丁二烯等。甲醇则是单一化学品，其毒性较清楚，不是致癌物。甲醇对人体的急性危害主要有视神经损伤和代谢性酸中毒。甲醇吸入人体内后，先有中枢神经压抑，随着有8-40小时无症状时期；然后，头晕、头痛、呕吐、出现视力障碍或致盲，甚至酸中毒死亡。在处理甲醇燃料时，必须严格按照损伤规程，不要用嘴吸甲醇燃料，防止溅入眼中，甲醇工作场所要通风，不要超过国家规定的甲醇允许浓度50mg/m3(国外是200ppm)要防止甲醇渗入皮肤。接触甲醇后，要用水洗水。其实这些措施对汽油和其他燃料也同样适用，因为汽、柴油中也含有很多致癌、有毒成分(例如在新配方汽油中的强致癌物苯的限量，已由5%降低到1%)。
乙醇毒性性小于甲醇，但过高浓度的乙醇(1000ppm以上)，也会造成对眼睫膜、上呼吸道黏膜和神经的剌激。要避免当酒料饮用，需有防范措施。瑞典在工作场所的醇燃料和其他烃燃料的允许临界浓度值TLV18见表1。
表1  不同燃料的最小允许浓度TLV和可检测到气味的浓度
汽车改甲醇燃  料
TLV ppm
气味界限 ppm
苯
5*
1-5
柴油(雾状)
3mg/m3
低
乙醇
1000
10-350
汽油
200**
低
异丁醇
50
0.7-2
异丙醇
200
3
甲醇
200
50-200
叔丁醇
50
0.7
甲苯
80
0.25-2
二甲苯
80
0.1-2
*致癌物
**取决于烃成分；计算的数据未考试苯
可见，甲醇的最小允许浓度和汽油(200ppm)一样，比苯(5ppm)、甲苯(80ppm)和二甲苯(80ppm)允许浓度大。乙醇则允许更高的浓度1000ppm。
1980年美国能源部阿贡国家实验室报告认为，醇毒性对水生物生态影响比汽油小。用百分制打分(100为最高毒性)评定LD50(半娄致死量)，毒性评价如下：汽油(以Indolene代表)为100，乙醇为50，而甲醇为30。据文献报道醇在水中的降解比原油和汽油更快。醇在水中停留的时间以小时计，而油则以年计。醇毒性对陆生物生态影：漏泄到陆地上的醇毒性，对生态影响比汽油或柴油毒性小，因为土壤的微生物会使醇的浓度降低。从火灾安全角度考虑，醇的蒸气压力比汽油少，比重高，蒸气较汽油不易上浮；酿优良的传导性。减少醇燃料静电产生的危险，意外火灾可能性小。醇火焰热辐射比汽油的小，不易造成邻近的二次火灾。
美国能源部发表的，从燃料物化特性考虑几种燃料的相对危险(以七级划分)21，见表2。
表2  燃料相对危险  (1=低，7=高)
危  险
汽油
柴油
甲醇
LPG
漏  泄
3
1
2
5
蒸  发
3
1
2
4
释放到大气
5
6
3
4
释放在密闭室
2
5
4
3
自动点火
6
5
4
3
火花点火
2
1
-
3
火焰传播
2
1
5
3
暴  燃
5
6
1
2
由火焰辐射
6
7
1
5
健康影响
7
5
6
4
总  共
41
34
28
36
由此可见，醇燃料的相对危险性比其他燃料更小。甲醇作为化工产品，传统上都加上骷髅
骨的危险符号，但在国外作为燃料，已取消此符号。
2、甲醇汽车常规排放物
人们也关心甲醇汽车排放问题。从国际能源机构(IEA)委托芬兰国家试验研究中心对几种洁净燃料汽车的排放性能于1995年所作的试验评价报告22(表3)中可看出，甲醇汽车的常规排放比汽油汽车(加装三元催化器)好，比洁净燃料的CNC和LPG也略好，NOx排放量是各种燃料中最低的。
表3  汽车常规排放物  最低值/最高值(IEA报告)
+20℃ FTP程序(g/km)
CO
HC
NOx
汽油(无催化净化)
5.32/12.6
1.06/1.48
1.93/3.35
汽油(有催化净化)
0.86/2.08
0.08/0.19
0.20/0.43
M85
0.20/1.43
0.03/0.06
0.04/0.19
LPG
0.71/1.07
0.09/0.14
0.10/0.21
CNG
0.32/0.48
0.21/0.61
0.06/0.19
柴油
0.08/0.40
0.05/0.14
0.40/0.94
-7℃ FTP程序(g/km)
CO
HC
NOx
汽油(无催化净化)
10.3/18.1
1.43/2.41
2.13/2.70
汽油(有催化净化)
3.27/6.75
0.30/0.50
0.09/0.22
M85
2.56/4.19
0.39/0.86
0.06/0.07
LPG
1.17/1.46
0.19/0.23
0.20/0.29
CNG
0.51/0.58
0.39/0.89
0.13/0.20
柴油
0.13/0.72
0.07/0.18
0.45/1.05
中德甲醇汽车技术合作所做的试验结果19(表4)，也说明M90的常规排放优于汽油。
表4  桑塔纳甲醇机和汽油机在模拟汽车道路试验工况下的排放试验
HC ppm
CO%
CO2%
NOx  ppm
汽油机
190-217
0.37-1.23
9.8-14.0
60-2500
甲醇机
50-85
0.02-0.65
10.0-13.7
50-940
3、甲醇汽车非常规排放物
甲醇燃料和其它几种燃料汽车的非常夫排放物18比较见表5。
表5  汽车非常规排放物  平均值(IEA)
+20℃ FTP程序(g/km)
1，3-丁二烯
苯
醛
甲醇
汽油(无催化净化)
11.8
55
43
0
汽油(有催化净化)
0.6
4.7
2.5
0
M85
<0.5
1.5
5.82
79
LPG
<0.5
<0.5
<2
0
CNG
<0.5
0.6
<2
0
柴油
1.0
1.5
12
0
-7℃ FTP程序(g/km)
1，3-丁二烯
苯
醛
甲醇
汽油(无催化净化)
10
69
44
0
汽油(有催化净化)
1.7
18
2.6
0
M85
0.5
11
23
810
LPG
<0.5
1.1
<2
0
CNG
<0.5
0.9
<2
0
柴油
1.6
1.9
16
0
瑞典在80年代也做过这种测试20，结果见表6：
表6  甲醇汽车非常规排放物与汽油汽车尾气的对比
(FTP-15程序)(瑞典)
M95无催化
M95有催化
汽油无催化
汽油有催化
HC(FID)g/km
-
-
1.5
0.1-0.4
甲醇g/km
3.4
1.3
-
-
苯mg/km
-
-
~100
10
甲醛mg/km
110
20
20-40
2
乙烯mg/km
13
2
70-90
8
PAH多环芳烃μg/km
6
3
30-170
3
亚硝酸甲脂mg/km
5.7
0.6
0.1-0.2
0.13
我国目前尚无汽车非常规排放物标准。在比较非常规排放时，必须比较不同燃料的各种非常规的有害排放物。大家知道，苯、丁二烯、乙烯、PAH多环芳烃和铅都是致癌物，在汽
油车和柴油车的排放中都存在。M85甲醛车排放的少量苯和丁二烯等，来源于改善汽车启动性而在甲醇中添加的10-15%汽油，数量少得多。如果添加的是直馏汽油或凝析油，或用纯甲醇，则完全无苯等存在。柴油车的碳烟、颗料物和NOx排放量很高，则已为众所周知。排放中的甲醛被怀疑为致癌物质，从表中可看出，汽油、特别是柴油汽车的甲醛排放量。虽然甲醇车的甲醛排放量略大于经三元催化后的汽油车，但其绝对值并不大，远小于未经三元催化后的汽油车，但其绝对值并不大，远小于未经三元催化的汽油车和常温下的柴油车。甲醛主要来源于汽车低温冷启动和暖机过程，现已研究出甲醛特殊催化装置，可把甲醛降低到与汽油车相同水平。据美国加州大气资源局评估，甲醛的毒性为苯的1/5，己醛为苯的1-10。因此可认为，在非常规排放中，甲醇也比汽油和柴油好，并和CNG、LPG相当。
4、CO2排放
CO2是主要导致全球温室效应的气体，也是国际关心的问题。甲醇只含一个碳，甲醇汽车排放CO2低于汽、柴油车。但传统观念认为，煤制甲醇生产过程中产生的CO2，大于石油基燃料生产过程所产生的。这个国际上关注的问题正如前述，将可通过综合利用、多联产
新技术予以解决。在我国煤化工生产技术和生产工艺路线上，已可以降低。如：(1)提高煤制甲醇的能源转换效率。国外由天然气制甲醇能源转换效率，通过技术改进，现已由64%提高到72%，生产每吨甲醇所产生的CO2已从380KG降低到180KG，并有可能降到150KG。目前煤转换成甲醇的能量转换效率只有约56%，应有很大的提高潜力(可达60%以上)。(2)实现多联产。甲醇化工生产过程中产生出的纯度很高(99.99%以上)的CO2，和从锅炉排放的稀且脏的CO2不同，是宝贵的化工资源，化工厂是不愿将它排放的大气的，而是将CO2制成其它化工产品(如尿素、碳酸钾、碳酸氢铵、食品级二氧化碳、干冰和提供给农业大棚使用等)，即可降低CO2排放量，也可降低生产成产。
(本文作者系：中科院工程热物理研究所研究员)