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

石油儲量只能維持半個世紀

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，它們會越來越少、越來越貴，并且會越來越難維持更長的時間。人類目前已發(fā)現(xiàn)的石油儲量是1500億噸，隨著消耗量的持續(xù)攀升和人口的迅猛增長，人類不得不承認一個很現(xiàn)實的問題——我們已知的石油資源儲量只能維持多不多半個世紀的時間。因此，人類亟待需要尋找到新方法避免石油危機。[1]

中國石油消費對外依存度持續(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。我國是一個石油資源相對貧乏的國家，從1993年就開始石油進口，2005年，我國原油產(chǎn)量為18150萬噸，全年石油進口達13617萬噸，石油消耗量為31767萬噸，對外石油依存度達到42.9%。2009年我國原油進口依存度首次突破國際公認的50%警戒線， 2011年，中國超過美國成為第一大石油進口國和消費國，對外依存度達55.2%，首次超越美國的53.5%，2015年我國對外依存度首次突破60%，達到60.6%。由于當前中國石油消費已經(jīng)超過GDP增速，預計到2030年，中國石油消耗量的80%需要依靠進口。

近5年中國石油對外依存度

如此高的對外依存度已經(jīng)威脅我國的能源安全，過多的依賴石油進口必將制約我國經(jīng)濟的發(fā)展。一位研究中國問題的美國專家表示：要遏制中國經(jīng)濟發(fā)展，有兩條途徑，一是直接發(fā)動戰(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)是公認制約經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素，因此，尋找一條新的能源出路是中國經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略。

內(nèi)燃機是大氣的主要污染源

內(nèi)燃機是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種動力設(shè)備，車輛、船舶、飛機、機械設(shè)備等動力裝置的動力均來自內(nèi)燃機，尤其是車用內(nèi)燃機廣泛在各地使用，數(shù)量相當?shù)凝嫶蟆?nèi)燃氣的有害物質(zhì)排放已經(jīng)嚴重的影響大氣環(huán)境和人類的身體健康。對國內(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)燃氣排放物質(zhì)中對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，相對減少氧血紅蛋白，相對損害血紅蛋白對人體組織的供氧能力。空氣中CO的體積分數(shù)超過0.1%時，就會導致頭痛、心慌等中毒病狀；超過0.3%時，則可在30min內(nèi)致人死亡。

HC包括碳氫燃料及其不完全燃燒產(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人體健康不直接產(chǎn)生影響。烯烴略帶甜味，有麻痹作用，對粘膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會變成對基因有毒的環(huán)氧衍生物。烯烴有很強的光化活性，是與NOX一起在日光紫外線作用下形成很強毒性的“光化學煙霧”的罪魁禍首之一。芳香烴有芳香味，卻有危險的毒性，對血液、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)面對眼粘膜、呼吸道和血液有毒害危險。

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煙霧的主要因素之一。

柴油機排放的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，會深入人肺部造成機械性超負荷，損傷肺內(nèi)各種通道的自凈機制，促進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排放含鉛微粒，對血液、骨骼和神經(jīng)有毒害，對兒童郵箱尤其嚴重。

總而言之，內(nèi)燃機在推動科技革命和創(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)燃機的動力設(shè)備是社會向前發(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，若被不法分子當作食用酒精制作假酒，飲用后，會產(chǎn)生甲醇中毒。甲醇的毒性對人體的神經(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，在有甲醇氣的現(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]

對此，中國科學院工程熱物理所研究員潘奎潤認為，實際上甲醇和汽油一樣，在化學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，甲醇不認為是致癌物或誘導有機體突變的物質(zhì)。甲醇是一種有毒性的有機化合物，可經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚接觸等方式進入人體，破壞人的神經(jīng)和視覺系統(tǒng)。如果把危害程度分為10個等級，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“甲醇中毒機理、中毒解藥、對人體健康的影響”進行研究，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。

甲醇對生態(tài)環(huán)境的影響

甲醇作為原料使用時，向周圍環(huán)境的排放主要是在儲存、運輸和添加過程中。運輸事故、存儲滲透、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很快稀釋，然后發(fā)生生物降解，因為本身就可以通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)化獲得。然而，汽油則很難溶于水，不易擴散，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間以幾小時計算，而原油、汽油、才有的滯留之間則及幾年計算。據(jù)估算，把10000t甲醇泄漏到海中，在泄漏后1h,甲醇的濃度僅僅達到0.36%，接下來其濃度會更低，然后在幾天內(nèi)，微生物通過生物質(zhì)降解會處理掉稀釋的甲醇。

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。甲醇對大氣的影響也非常小，汽油分子中含有6-11個碳原子，柴油分子中含有12-16個碳原子，而甲醇中僅含有1個碳原子，這意味著甲醇的碳排最多為汽油、柴油的1/6。

甲醇經(jīng)濟

貝爾化學獎得主、有機化學家喬治A·奧拉先生主創(chuàng)了一本書叫做《跨越油氣時代：甲醇經(jīng)濟》，書中關(guān)于甲醇經(jīng)濟的優(yōu)越性和可行性主要包括：1、是一種便利的能量儲備媒介；2、是一種方便運輸和流通分配的燃料；3、一種用來合成碳氫化合物及其產(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、最安全、最環(huán)保的方式加以利用。甲醇本身是一種燃料，能夠很方便地儲存和釋放能量 ，甲醇還是合成碳氫化合物及其它相關(guān)化合物的原料?！凹状冀?jīng)濟”以一種簡單易處理的液態(tài)甲醇請示可實現(xiàn)能量儲運和運送安全性。方便性、可逆性。甲醇能很容易地轉(zhuǎn)化成為碳氫化合物及其相關(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，“甲醇經(jīng)濟”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

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

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

【3】崔民選，2007年中國能源發(fā)展報告[M]，北京：中國社會科學文獻出版社

【4】藍善堅，甲醇中毒及預防[J]，廣西預防醫(yī)學·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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