本文來源于FIE能源前沿期刊

導(dǎo)  讀

近日，上海交通大學(xué)黃震院士在Frontiers in Energy發(fā)表題為“Dimethyl ether: A promising fuel for marine engines”的展望文章。文章提出了一種船舶發(fā)動(dòng)機(jī)新燃料——二甲醚，二甲醚（DME）無毒且對(duì)環(huán)境友好，具有高十六烷值，是壓燃式船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料，它可由綠氫、生物質(zhì)或通過碳捕集技術(shù)得到的二氧化碳制備，有望成為替代傳統(tǒng)柴油、實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)凈零碳排放最具潛力的燃料之一。

主要內(nèi)容

氣候變化是當(dāng)今人類面臨的重大挑戰(zhàn)，自第一次工業(yè)革命以來，化石能源的大規(guī)模利用，推動(dòng)了人類社會(huì)發(fā)展，但同時(shí)也產(chǎn)生了嚴(yán)重的氣候變暖的問題。2023年在阿聯(lián)酋迪拜召開的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì)（COP28）最終就制定“轉(zhuǎn)型脫離化石燃料”的路線圖達(dá)成一致，被視為“化石燃料終結(jié)之路的開啟”。目前全球有150余個(gè)國家已宣布2050前后實(shí)現(xiàn)零碳或碳中和。

面向碳中和目標(biāo)，全球正面臨一場(chǎng)史無前例的由化石能源走向新能源的能源綠色轉(zhuǎn)型，新能源將從補(bǔ)充能源走向主體能源。

可再生綠色燃料制備路徑

海洋航運(yùn)是目前可再生綠色燃料第一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前全球海洋船舶中99%由往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，面向海洋船舶運(yùn)輸航程長(zhǎng)、噸位大、環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，以純電動(dòng)、燃料電池為代表的新能源動(dòng)力在功率密度、可靠性、成本等方面上難以適用，內(nèi)燃機(jī)仍是未來海上船舶推進(jìn)系統(tǒng)的最主要?jiǎng)恿?。因此，發(fā)展可再生綠色燃料是海洋船舶運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)脫碳與凈零碳排放的根本途徑。

二甲醚（DME）無毒且對(duì)環(huán)境友好，具有高十六烷值，是壓燃式船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料。DME物理化學(xué)性質(zhì)的總結(jié)見下表。

綠色二甲醚的制備非常類似甲醇制備，主要有二條路線，其一綠氫與生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的CO合成二甲醚，其二綠氫與碳捕集得到CO₂合成二甲醚，其中碳捕集可以是工業(yè)碳捕集、生物質(zhì)燃燒的碳捕集和未來的空氣直接碳捕集（DAC）。二甲醚的制備也可利用已具市場(chǎng)規(guī)模的甲醇，通過甲醇脫水制取二甲醚。

從燃料適用性和環(huán)保性來看，甲醇、二甲醚和氨都被認(rèn)為是碳中性或零碳燃料。然而，由于燃用甲醇和氨的發(fā)動(dòng)機(jī)需要柴油引燃，特別是在船舶低負(fù)荷條件下需要純柴油運(yùn)行，使用這些燃料的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)難以實(shí)現(xiàn)零碳排放。相比之下，二甲醚憑借其優(yōu)異的壓燃特性，無需任何引燃燃料，可單燃料運(yùn)行， 燃油系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，可實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。從大規(guī)模制備經(jīng)濟(jì)性看，甲醇、二甲醚和氨燃料的成本很大程度取決于綠電的價(jià)格，隨著光伏、風(fēng)電技術(shù)快速進(jìn)步，綠電發(fā)電成本將不斷下降；同時(shí)受全球碳約束，如歐盟碳關(guān)稅、碳配額及碳獎(jiǎng)懲等的影響，可再生燃料的綠色溢價(jià)將會(huì)越來越小。從燃料安全性看，甲醇有毒性，氨屬于高毒性燃料，二甲醚屬于無毒性、環(huán)境友好燃料。因此，與甲醇和氨相比，二甲醚在發(fā)動(dòng)機(jī)適用性、環(huán)保性和安全性上都具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

二甲醚在車用發(fā)動(dòng)機(jī)上已有成功應(yīng)用。上世紀(jì)末，丹麥技術(shù)大學(xué)、Haldor Topsoe A/S、Navistar、AVL和AMOCO等機(jī)構(gòu)對(duì)二甲醚在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在中國，上海交通大學(xué)攻克了二甲醚低NO_x燃燒、材料相容性、潤(rùn)滑和磨損技術(shù)難題，成功研發(fā)了車用二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)，上海交通大學(xué)進(jìn)一步聯(lián)合上海汽車工業(yè)總公司、上海柴油機(jī)股份有限公司研制出我國首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二甲醚城市客車，上了國家發(fā)改委第166批《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，并在上海147路公交線上成功進(jìn)行了國際首例商業(yè)應(yīng)用。這些工作為二甲醚燃料在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

中國首輛二甲醚燃料城市公交車

全球首例二甲醚燃料城市公交車的商業(yè)應(yīng)用

當(dāng)今，全球造船與航運(yùn)業(yè)正加速轉(zhuǎn)型脫離化石能源，綠色二甲醚燃料將為船舶動(dòng)力脫碳提供最具發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

原文信息——

Dimethyl ether: A promising fuel for marine engines

Zhen Huang^1,2*, Wugao Zhang^1,2, Dong Han^1,2, Lei Zhu^1,2, He Lin^1,2, Bin Guan^1,2

Author information

1. Key Laboratory for Power Machinery and Engineering of the Ministry of Education, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

2. Research Institute of Carbon Neutrality, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

Cite this article

Zhen Huang, Wugao Zhang, Dong Han, Lei Zhu, He Lin, Bin Guan. Dimethyl ether: A promising fuel for marine engines. Front. Energy, https://doi.org/10.1007/s11708-025-0986-4

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