著名諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得主喬治奧拉先生在著作《跨越油氣時(shí)代：甲醇經(jīng)濟(jì)》中描述了人類目前面臨的能源危機(jī)形勢極其嚴(yán)峻。世界的石油消耗現(xiàn)已達(dá)到每天8200萬桶，約1100萬噸。

石油儲(chǔ)量只能維持半個(gè)世紀(jì)

目前，超過60億的世界人口，加上不斷增長的趨勢，油氣的需求量將不斷上升，它們會(huì)越來越少、越來越貴，并且會(huì)越來越難維持更長的時(shí)間。人類目前已發(fā)現(xiàn)的石油儲(chǔ)量是1500億噸，隨著消耗量的持續(xù)攀升和人口的迅猛增長，人類不得不承認(rèn)一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題——我們已知的石油資源儲(chǔ)量只能維持多不多半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間。因此，人類亟待需要尋找到新方法避免石油危機(jī)。[1]

中國石油消費(fèi)對(duì)外依存度持續(xù)攀升

地球上的石油資源不僅是有限的，而且還是分布不均的。我國是一個(gè)石油資源相對(duì)貧乏的國家，從1993年就開始石油進(jìn)口，2005年，我國原油產(chǎn)量為18150萬噸，全年石油進(jìn)口達(dá)13617萬噸，石油消耗量為31767萬噸，對(duì)外石油依存度達(dá)到42.9%。2009年我國原油進(jìn)口依存度首次突破國際公認(rèn)的50%警戒線， 2011年，中國超過美國成為第一大石油進(jìn)口國和消費(fèi)國，對(duì)外依存度達(dá)55.2%，首次超越美國的53.5%，2015年我國對(duì)外依存度首次突破60%，達(dá)到60.6%。由于當(dāng)前中國石油消費(fèi)已經(jīng)超過GDP增速，預(yù)計(jì)到2030年，中國石油消耗量的80%需要依靠進(jìn)口。

近5年中國石油對(duì)外依存度

如此高的對(duì)外依存度已經(jīng)威脅我國的能源安全，過多的依賴石油進(jìn)口必將制約我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一位研究中國問題的美國專家表示：要遏制中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有兩條途徑，一是直接發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭，二是遏制其石油的供給。[2]由此可見，石油安全問題已經(jīng)是公認(rèn)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此，尋找一條新的能源出路是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。

內(nèi)燃機(jī)是大氣的主要污染源

內(nèi)燃機(jī)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種動(dòng)力設(shè)備，車輛、船舶、飛機(jī)、機(jī)械設(shè)備等動(dòng)力裝置的動(dòng)力均來自內(nèi)燃機(jī)，尤其是車用內(nèi)燃機(jī)廣泛在各地使用，數(shù)量相當(dāng)?shù)凝嫶蟆?nèi)燃?xì)獾挠泻ξ镔|(zhì)排放已經(jīng)嚴(yán)重的影響大氣環(huán)境和人類的身體健康。對(duì)國內(nèi)外大城市空氣質(zhì)量的檢測結(jié)果表明：汽車尾氣是大城市空氣污染的主要來源。內(nèi)燃?xì)馀欧盼镔|(zhì)中對(duì)大氣污染和人類健康影響最大，并已經(jīng)被各國的排放法規(guī)限制的排放物是CO、HC、NOX和微粒(PM)等。這些污染物對(duì)人體的危害如下。

CO是一種無色無味的氣體，它和血液中輸氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的200~250倍。CO與血紅蛋白結(jié)合生成羰基血紅蛋白，相對(duì)減少氧血紅蛋白，相對(duì)損害血紅蛋白對(duì)人體組織的供氧能力?？諝庵蠧O的體積分?jǐn)?shù)超過0.1%時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致頭痛、心慌等中毒病狀；超過0.3%時(shí)，則可在30min內(nèi)致人死亡。

HC包括碳?xì)淙剂霞捌洳煌耆紵a(chǎn)物、潤滑油及其裂解和部分氧化產(chǎn)物，如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等百種成分。烷烴基本上無味，它在空氣中可能存在的含量對(duì)人體健康不直接產(chǎn)生影響。烯烴略帶甜味，有麻痹作用，對(duì)粘膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會(huì)變成對(duì)基因有毒的環(huán)氧衍生物。烯烴有很強(qiáng)的光化活性，是與NOX一起在日光紫外線作用下形成很強(qiáng)毒性的“光化學(xué)煙霧”的罪魁禍?zhǔn)字弧７枷銦N有芳香味，卻有危險(xiǎn)的毒性，對(duì)血液、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)有危害，多環(huán)芳烴及其衍生物有致癌作用。醛類是刺激性物質(zhì)面對(duì)眼粘膜、呼吸道和血液有毒害危險(xiǎn)。

NOX是無色氣體，本身毒性不大，但是在大氣中緩慢氧化成NO2。NO2是褐色氣體，具有強(qiáng)烈的刺激味，被吸入人體后與水分子結(jié)合成硝酸，引起咳嗽、氣喘，甚至肺氣腫和心肌損傷。NOX是在地面附近形成含有毒臭氧的光化學(xué)煙霧的主要因素之一。

柴油機(jī)排放的PM主要成分是碳，其粒度一般小于0.3μm，可長期懸浮在大氣中不，會(huì)深入人肺部造成機(jī)械性超負(fù)荷，損傷肺內(nèi)各種通道的自凈機(jī)制，促進(jìn)氣體污染物的毒害作用。碳微粒上還吸附有硫酸鹽及多種有機(jī)物質(zhì)，其中含有多環(huán)芳香烴，具有不同程度的誘變和致癌作用。燃用含鉛汽油的汽油機(jī)排放含鉛微粒，對(duì)血液、骨骼和神經(jīng)有毒害，對(duì)兒童郵箱尤其嚴(yán)重。

總而言之，內(nèi)燃機(jī)在推動(dòng)科技革命和創(chuàng)造人類現(xiàn)代文明的同事，也給人類的生存和可持續(xù)發(fā)展帶來極大的挑戰(zhàn)。尋找替代石油燃料的新能源和替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力設(shè)備是社會(huì)向前發(fā)展的必然出路。

甲醇的毒性

甲醇被大眾所熟知，具有毒性。工業(yè)酒精中大約含有4%的甲醇，若被不法分子當(dāng)作食用酒精制作假酒，飲用后，會(huì)產(chǎn)生甲醇中毒。甲醇的毒性對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、視力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，一次口服15mL或者2天內(nèi)分次口服124~164mL就可能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出, 會(huì)發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，我國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為50mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場工作須戴防毒面具、工廠廢水要處理后才能排放，允許含量小于200mg/L的甲醇。[4]

對(duì)此，中國科學(xué)院工程熱物理所研究員潘奎潤認(rèn)為，實(shí)際上甲醇和汽油一樣，在化學(xué)上都屬于中等毒性物質(zhì)，不僅甲醇不能食用和濺入眼中，其它燃料也是如此[5]。汽油中包含多種有害化學(xué)物質(zhì)，包括苯、甲苯、二甲苯、乙基苯和正己烷，其中一些物質(zhì)是致癌物。與汽油相比，甲醇不認(rèn)為是致癌物或誘導(dǎo)有機(jī)體突變的物質(zhì)。甲醇是一種有毒性的有機(jī)化合物，可經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚接觸等方式進(jìn)入人體，破壞人的神經(jīng)和視覺系統(tǒng)。如果把危害程度分為10個(gè)等級(jí)，1為沒有危害，2~3為低水平危害，4~6為中水平危害，7~8為高水平危害，9~10為極端危害，則可將甲醇和汽油的危害性比較分析列為表1。

在“七五”期間，中德兩國合作對(duì)“甲醇中毒機(jī)理、中毒解藥、對(duì)人體健康的影響”進(jìn)行研究，得出結(jié)論：只要遵守操作過程，沒有發(fā)現(xiàn)人體健康的異常。我國生產(chǎn)甲醇已有數(shù)十年歷史，大小企業(yè)上百家，從未發(fā)現(xiàn)甲醇廠出現(xiàn)甲醇職業(yè)病。實(shí)踐證明，只要遵守操作規(guī)程，甲醇作為燃料是安全的。

任何事物都有兩面性，人類在利用資源的時(shí)候總擅長把其危害性降到最低，然后在相應(yīng)的規(guī)范下使用。與汽油相比甲醇的危害要小很多，汽油都能在人類的有效管理下大規(guī)模大范圍被應(yīng)用，更何況區(qū)區(qū)甲醇呢？因此，關(guān)于甲醇有毒不可能被應(yīng)用的言論自然不攻自破。

甲醇對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

甲醇作為原料使用時(shí)，向周圍環(huán)境的排放主要是在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和添加過程中。運(yùn)輸事故、存儲(chǔ)滲透、添加將灑、甲醇蒸發(fā)等是甲醇排放的主要途徑。甲醇易溶于水，水或土壤中的甲醇會(huì)很快稀釋，然后發(fā)生生物降解，因?yàn)楸旧砭涂梢酝ㄟ^生物質(zhì)轉(zhuǎn)化獲得。然而，汽油則很難溶于水，不易擴(kuò)散，在自然環(huán)境中難以降解，產(chǎn)生累積污染。另外，廢水中含有少量甲醇還有利于生物降解出其中的含氮物質(zhì)。因此，甲醇雖然有一定的毒性，但是易于在環(huán)境中降解，不會(huì)造成環(huán)境污染。

在水中，甲醇及乙醇的生物降解過程要比原油或者汽油迅速得多。醇類燃料在水中滯留時(shí)間以幾小時(shí)計(jì)算，而原油、汽油、才有的滯留之間則及幾年計(jì)算。據(jù)估算，把10000t甲醇泄漏到海中，在泄漏后1h,甲醇的濃度僅僅達(dá)到0.36%，接下來其濃度會(huì)更低，然后在幾天內(nèi)，微生物通過生物質(zhì)降解會(huì)處理掉稀釋的甲醇。

此外，甲醇是最簡單的化合物之一，分式為CH3OH，是重要的基礎(chǔ)化工原料，也是最簡單的可以人工合成的清潔液體燃料。甲醇可以從煤、天然氣、石油伴生物、植物秸稈，甚至城市可燃垃圾等物質(zhì)中提煉或合成。甲醇對(duì)大氣的影響也非常小，汽油分子中含有6-11個(gè)碳原子，柴油分子中含有12-16個(gè)碳原子，而甲醇中僅含有1個(gè)碳原子，這意味著甲醇的碳排最多為汽油、柴油的1/6。

甲醇經(jīng)濟(jì)

貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、有機(jī)化學(xué)家喬治A·奧拉先生主創(chuàng)了一本書叫做《跨越油氣時(shí)代：甲醇經(jīng)濟(jì)》，書中關(guān)于甲醇經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性和可行性主要包括：1、是一種便利的能量儲(chǔ)備媒介；2、是一種方便運(yùn)輸和流通分配的燃料；3、一種用來合成碳?xì)浠衔锛捌洚a(chǎn)品的原料。碳的來源最終可來自空氣中的二氧化碳在地球上幾乎是無處不在的。

需要強(qiáng)調(diào)的是，為了生產(chǎn)甲醇，無須特定選用某種能源，所有能源包括可再生能源和原子能都能以最經(jīng)濟(jì)、最安全、最環(huán)保的方式加以利用。甲醇本身是一種燃料，能夠很方便地儲(chǔ)存和釋放能量 ，甲醇還是合成碳?xì)浠衔锛捌渌嚓P(guān)化合物的原料?！凹状冀?jīng)濟(jì)”以一種簡單易處理的液態(tài)甲醇請(qǐng)示可實(shí)現(xiàn)能量儲(chǔ)運(yùn)和運(yùn)送安全性。方便性、可逆性。甲醇能很容易地轉(zhuǎn)化成為碳?xì)浠衔锛捌湎嚓P(guān)產(chǎn)品，這能夠保證后代子孫獲得我們今天生活所必需的必備品和材料。同時(shí)，“甲醇經(jīng)濟(jì)”通過再循環(huán)大氣中的二氧化碳，將減輕人類給地球所造成的全球變暖問題。

參考文獻(xiàn)

【1】George A. Alah, Alain Goeppent, G.k, Surya Prakash, Beyond Oil and Gas : The Methanol Economy,北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007,3-5.

【2】中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2015年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告[M]，北京：石油工業(yè)出版社，2016.

【3】崔民選，2007年中國能源發(fā)展報(bào)告[M]，北京：中國社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社

【4】藍(lán)善堅(jiān)，甲醇中毒及預(yù)防[J]，廣西預(yù)防醫(yī)學(xué)·1999(S1).

【5】潘奎潤，調(diào)整汽車燃料結(jié)構(gòu)，發(fā)展醇燃料汽車[J]，化工催化劑及甲醇技術(shù)，2003(3):11-21.

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