最近,一种在现有柴油汽车上无需改动发动机结构或加装双燃料系统,就能直接使用的第二代符合改性甲醇燃料团体标准的GD40新配方技术,由海南省海洋油气研究所占小玲研究问世。这是占小玲继年发明成功第一代用于柴油机的《混合柴油-一种醇基柴油机燃料》授权发明专利技术后，又一次进行后续改进，创新出第二代GD40用于现有柴油汽车的新配方技术。

年03月17日国家团体标准T/CERS-《压燃式发动机用改性甲醇燃料》发布并实施，该标准在引言中提到：“……压燃式发动机用改性甲醇燃料是通过科技手段使改性甲醇燃料消除了甲醇作为燃料的副作用，能够在不改动现有柴油车等压燃式发动机动力车的情况下使用的改性甲醇燃料。”

占小玲凭借35年对甲醇燃料的研究经历，根据该T/CERS-改性甲醇燃料团体标准中规定的低、中、高比例要求，研究出以下改性甲醇燃料配方。

基于我国贫油富煤的资源禀赋,油价低位运行的态势下成本效益明显达不到市场要求。加之近年来碳减排问题尤为突出,而机动车尾气排放是主要的污染源。因此,可再生低碳清洁能源，成为柴油车特别是重卡、轮船等重型机械的碳减排有效途径。甲醇低碳、清洁、低成本、可再生,将甲醇按照一定比例(目前大多为15-20%),通过某种技术手段添加到柴油里进行燃烧,可以大幅度减碳。甲醇汽油技术相对比较成熟,甲醇柴油正在起步阶段。无论是在能源替代还是碳减排功效都得到了市场验证。甲醇的来源丰富,含氧量高达50%,且可以实现清洁燃烧,是最具潜力的柴油替代燃料之一。但目前甲醇柴油，在现有柴油车上直接使用，存在着诸多难题：难压燃、难蒸发、难冷启动、难与柴油相溶，并具有磨损、腐蚀、溶胀、热值低、动力差、粘度低、密度低、润滑差、十六烷值低、易挥发、易分层不稳定等。

甲醇十六烷值是影响柴油机燃料着火的主要因素之一，甲醇的十六烷值极低只有3，在柴油机上根本启动不了，如釆用添加十六烷值改进剂的方法，只有用量在16-20%才能达到使用要求，这就不具有经济性和增加NOX排放污染环境。由于甲醇的极性很强,很难与柴油互溶。现阶段甲醇在现有柴油机上主要有两种应用方式:一是采用双燃料系统,二是使用乳化剂或助溶剂法。双燃料供给系统的结构复杂庞大,制造和维护成本增加，需用电控喷射的方法才能够实现甲醇的大比例掺混，但需要在柴油机上安装甲醇供给和控制系统，既不方便又费用较高。这种对发动机进行改造或加装双燃料系统，这对于国家已定型的汽车进行“改车”或“加装”，都是违反国家道路交通安全法。

与改动发机和双燃料系统相比,乳化法与助溶法的甲醇柴油，可以直接在柴油机上使用。国内外的技术开发，主要集中在甲醇柴油中添加乳化剂或助溶剂方法，在这方面做了大量的研究。乳化剂或助溶剂的极性介于甲醇和柴油之间，以缓和甲醇与柴油之间的极性差，提高混合燃料的稳定性。同时作为加入的第三组分，其理化性质不能与柴油相差太远，但是由于价格昂贵的乳化剂和助溶剂用量过大，往往超过甲醇的比例才有效，且燃料自身的稳定性很差,极其容易出现分层，这就造成了既无经济效益，产品质量又不好的不良后果。相比柴油，甲醇汽化潜热大、着火极限（空气中容积比）为6.7～36%（柴油1.58～8.2%），柴油机燃油供给系统不能满足甲醇柴油的需要。因此，甲醇柴油在压燃式柴油机上应用是一个重大的技术难题，比甲醇汽油的难度要大得多，众多难题一直未得到突破，使甲醇柴油至今还达不到商业应用的程度。

占小玲研究的改性甲醇燃料旨在创新对甲醇和改性剂、热值剂“选材”和“改性”双管齐下，根据“相似相溶原理”，与“改善使用性能综合添加剂”相结合，进行物理化学反应，使之满足在现有柴油机、车、船上使用的要求。占小玲经过反复筛选材料和通过改性手段等系列研究后的“改性甲醇燃料”能完全自溶，无需昂贵的乳化剂、助溶剂，更不需要昂贵而且耗电很大的高剪切乳化机，就可自发形成互溶。在配制上也较为便捷，在使用上不需改变现有柴油机结构或加装燃料系统就可直接使用。

从热力学的观点解决改性甲醇燃料的“可以任意比例相互混溶”难题。相似相溶原理是普适的，从化学热力学的观点进行分析,则任何自发进行过程的前提条件将是自由能增量为负值,即△G＜0，且有△G=△H(焓变)--T△S。(T的热力学温度,△代表熵变)的关系。则不难想到任何溶质分子和溶剂分子的混合过程(即溶解过程)的熵值总是增加的,即△S为正值。热力学温度当然也不会是负的,前面加了负号的T△S这项将总是负值对△G小于零做出有利贡献(对溶解过程自发有利)。所以决定溶解自发关键将是△H项的正负和大小了。只要△H不是超过T△S的很大正值，△H的自发则会是可能的。如水和甲醇,溶质和溶剂分子混溶后，分子间相互作用，能与溶质和溶剂单独存在时的分子作用能相差无几，即分子间作用相似，故△H值不大,所以△G总为负值,溶解过程总是自发的，因而水和甲醇可以任意比例相互混溶。再如甲醇和柴油，分子的键型及分子间相互作用，形式上差异很大,当柴油分子分散到甲醇中时,即要使甲醇分子间的部分氢键断裂，同时甲醇分子间的取向力被消弱，又要克服柴油分子间较强的色散力，且硬要甲醇与柴油分子发生实难发生的诱导力，所以△H是相当大的正值,远超T△S值，则△G＞0使溶解变为不能进行的过程，故甲醇与柴油难互溶。

综上所述，许多相溶与不相溶的客观事实，均可用“相似相溶”原理加以说明。它都有力的表明相似相溶原理是相当普适的原理。在整个化学由定性向定量发展的今天,这个原理会不会也向定量发展？我认为：这个原理所提到的结构相似涉及了分子内键型，分子间力和离子的大小与构型等三个方面，关系到十几个庞大的参数系列,定量研究的前景是暗谈的。因为牵涉太广则会使结果失真度也转大，同时过于繁琐，因而实用意义就不大了。就停留现在的半定量水平,能说明大量问题，也不失为一个有用的较好化学原理。

占小玲根据自己年08月03日已授权的发明专利《一种茶胺变性糖为热值剂的低剂高水透明微乳化纳米粒径燃油》，按“相似相溶”原理，釆用“选材”和“改性”方法，深度解读“相似”是溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是溶质与溶剂彼此互溶。占小玲受先前年07月自己的已授权发明专利《一种含有微乳热值剂的高含水微乳柴油》的启示，与乳化柴油相比,微乳化柴油更加稳定、均匀、不易分层。但通过实验证明，甲醇比水更难与柴油进行微乳化反应，微乳剂用量为甲醇的两倍都难以微乳化，查找原因是甲醇分子比水分子多含一个烃基。在此基础上占小玲又进行了攻克“无剂微乳液互溶”的研究，最终研究出“水性甲醇”与“油性改性剂/热值剂”自发互溶配方，既不釆用昂贵的乳化剂又无需使用大量的助溶剂，因乳化剂、助溶剂价格昂贵节油不省钱，所以选择“相似”，最后达到“相溶”。通过选择“相似”的材料，先将“油性改性剂/热值剂”进行有效的微乳化反应，使油性的烃类转化为能与“水性甲醇”自发互溶且成本与柴油相当的微乳液。经过常温常压微乳化反应的改性剂/热值剂转化为微乳液后，在结构上“相似”，达到最终的“相溶”。彻底解决了“水性甲醇”与“油性改性剂/热值剂”自发互溶必须依靠大量昂贵的乳化剂和助溶剂的技术难题，使极易分层的“热力学不稳定结构”得到了彻底解决，从而在不依靠昂贵的高耗能剪切乳化机外力下，实现了两相完全自发互溶，从而形成“热力学稳定结构”，其质量符合国家团体标准的《压燃式发动机用改性甲醇燃料》。

与此同时，占小玲应用常用的估算模型Kay混合法则，解决改性甲醇燃料的“十六烷值太低”的难题。十六烷值及含氧量等参数，试验测量较为复杂，采用公式估算能够快速得到物性参数的结果。常用的估算模型有Kay混合法则，式（1）为Kay混合法则的计算方法。

式中φ为混合燃料的特性参数；xi为第i种物质的质量分数；φi为第i种物质的特性参数；n是组分的数目。

计算公式如下式：

式中CN为混合燃料的十六烷值；CN1、CN2分别为甲醇/改性剂/热值剂的十六烷值；k是十六烷提高系数（根据3种提高燃料十六烷值的单位，CN1、CN2、CN3的k值分别为，和），ω1、ω2、ω3分别为“油性改性剂/热值剂”和“水性甲醇”十六烷值提高的改性物比例。通过计算，甲醇的十六烷值很低，添加到改性剂/热值剂中，混合燃料的十六烷值明显降低。从而得出改性十六烷值的最佳方案及配比、用量，轻而易举的使改性甲醇燃料的十六烷值符合团体标准和达到在柴油机上的使用要求。

燃料燃烧过程就是化学键的断裂与重新结合的过程，化学键的键能不同，燃烧时化学键断裂所需要的能量也不同。燃料燃烧过程中，首先断裂的是C-H、C-C、C=C和C=O，而十六烷值改性物中首先断裂的是C-O。分子中双键的键能最高，燃料分子中C-C、C-H、C-O的键能也明显比十六烷值改性物中C-O的键能高。由此可以看出，十六烷值改性物的分解活化能低，容易在较低的温度下分解形成自由基。自由基含有未配对的电子，极不稳定，会从邻近的分子上夺取电子，处于稳定状态，邻近的分子又变成一个新的自由基，然后再去夺取电子，如此下去，即形成链式反应。可以认为，十六烷值改性物燃料有效地改变了链式反应的引发过程，使燃料自燃的活化能降低。因此，提高改性甲醇燃料的十六烷值可以缩短化学滞燃期，提高燃料的着火性能。

实验还进一步证明，当改性甲醇燃料的十六烷值从45.5增加到54.5，在,r/min、%负荷时，滞燃期从12°CA缩短到9°CA，缩短了25.0%，燃烧持续期从31°CA增加到35°CA，增加了11.4%；在3,r/min、%负荷时，滞燃期从12°CA缩短到10°CA，缩短了16.7%，燃烧持续期从33°CA增加到36°CA，增加了9.1%。增加十六烷值，可以提高改性甲醇燃料的着火性能，滞燃期缩短，燃烧持续期有所增加。

通过甲醇燃烧详细化学反应机理分析发现，甲醇中的碳最终都要通过甲醛的裂解和氧化作用最终转化为CO和CO2，因此它的氧化速率最终决定于甲醛的消耗速率。对甲醇的初期氧化起到抑制作用的主要是消耗OH的主要反应路径，他们使OH基团最终失去活性而固化为H2O。因此，要激活甲醇的氧化活性，缩短燃烧滞燃期，关键在于合理组织反应进程，促进OH基的生成，抑制其消耗。利用气相色谱-质谱联用仪(GC–MS)，定性定量的研究了不同温度下共沸时改性甲醇燃料的馏分。研究结果表明，改性甲醇燃料的馏分馏出温度的升高不仅增加了馏分中组分的种类，也改变了碳原子数的分布情况。因此，改性甲醇燃料在发动机内燃烧更彻底，并且具有良好的热传导效率，在根本上保证了柴油机的功率，使柴油机的动力性能有所改善。同时改性甲醇燃料的雾化性较强，氧含量充足，燃烧时不易产生油烟，并且其燃烧后发动机缸内的平均温度与氧分子体积分数都相对较低，对NOX的形成起到一定的限制作用。

另外，发动机燃烧过程中，在转速和喷油量一定时，使用改性甲醇燃料与使用柴油相比，发动机功率和扭矩均会有所下降。这是因为甲醇的热值只有柴油的45%，在喷油量相同时，发动机对外做的功减少，使得发动机的功率和扭矩都会下降。但是甲醇的沸点远远低于改性剂/热值剂(℃以上),当气缸内温度急剧上升时,改性剂/热值剂表面开始燃烧，处于微乳液内侧的甲醇先达到沸点,先受热汽化然后体积急剧膨胀,当内部压力超过油表面及环境压力之和时,甲醇摆脱“油性改性剂/热值剂”的包围,冲破压力爆炸,即“微爆”效应。“微爆”后的“油性改性剂/热值剂”微乳液滴进一步微粒化，形成“二次雾化”，油和空气的接触面积大幅度增加，提高了燃烧效率，达到节能的效果。同时，甲醇在汽化过程中，分子中的-OH基团活性大大增强，一氧化碳尽可能完全燃烧，相当于“水煤气反应”，从而加速燃料裂解所形成焦炭的燃烧，抑制了烟尘的生成。由于甲醇的低沸点和低黏度使其易于蒸发，有助于可燃混合气快速有效地形成，甲醇与改性剂/热值剂沸点差异很大，在混合气形成过程中会发生“微爆”现象，改善了混合和燃烧。因此，在同样转速和供油提前角下，燃烧持续期变短，燃烧速率加快，定容性增强，燃烧处于更有效的区域，这些可以弥补甲醇热值低带来的扭矩和功率下降问题。研究发现,燃用经微乳化处理过的改性甲醇燃料时,可以获得与燃用柴油相近的发动机动力性能和热效率。在小负荷时,喷油量小、缸内温度低、微爆现象较弱,影响滞燃期的主要因素是甲醇的汽化潜热,混合燃料滞燃期长于柴油。在大负荷时,喷油量大、缸内温度高,因而“微爆”现象显著,使得混合燃料滞燃期缩短,与柴油比较接近。可以采用推迟供油的方法使改性甲醇燃料获得更好的排放水平。由于甲醇具有腐蚀性，改性甲醇燃料燃烧时产生更多的酸性物质，使润滑油酸值增加，加上甲醇缺少润滑性，从而导致发动机磨损量增加，对发动机的活塞、缸套磨损增加，导致漏气量增加，磨损的增加也会使得润滑油的性质发生变化，影响发动机的动力性。这些都可以通过在改性甲醇燃料中，添加抗磨润滑剂和腐蚀、溶胀抑制剂等综合改善使用性能的改性剂达到团体标准加以解决。

如将甲醇改性后具有亲油性,或改性剂/热值剂经改性后具有亲醇性，再按照相应比例进行极为筒单的自溶融合,利用氢键蒂合原理形成稳定结合的改性甲醇燃料，这种具有实质性的逆向思维创新，彻?结束了正向思维研究的甲醇柴油必须改动发动机或加装双燃料系统，或添加昂贵的乳化剂、助溶剂，或依赖昂贵的高耗能剪切乳化设备的历史，从而开创出改性甲醇燃料的完全自发互溶原创新局面，为改性甲醇燃料的应用创造了有利条件。由于水性甲醇与油性改性剂/热值剂微乳化反应后完全自溶，进一步简化了制备工艺，可以在固定的调合装置上用泵简单的打循环调合，也可以在流动的汽车罐车或火车槽车、油轮槽罐中自发混溶，通过车船运行过程摇晃运动达到完全自溶。无论哪种方法都十分简单方便，只要按配方比例分别将甲醇/改性剂/热值剂加入调合釜或罐、槽中，常温常压下稍加混合或车船行驶中运动摇晃，即自发混溶成清亮透明的质量符合国家团体标准的改性甲醇燃料。因此，合格的改性甲醇燃料具有以下特点：

1.发动机排放明显改善。

2.清洁性优于柴油。

3.动力性,与柴油相比,下降4.78%～4.85%，但完全可以满足发动机的使用要求。

4.燃油经济性,与柴油相比,燃油消耗提高4.25%～5.65%，但由于甲醇燃烧完全，可以弥补燃油消耗的提高。

5.磨损性，与柴油相比,发动机磨损略有所增加，但对发动不会造成损害。

6.成本低于柴油，按团体标准中规定的甲醇含量占20-40%，改性剂/热值剂占80-60%，根据网站平台和商家公布的改性剂/热值剂原料价格，其成本与柴油相当或略高，20-40%的甲醇与20-40%的柴油差价即为改性甲醇燃料的经济效益。

与此同时合格的改性甲醇燃料还具有以下特征：

1.新颖性。国内外首个利用氢键蒂合原理形成稳定自溶的改性甲醇燃料创新技术。

2.通用性。该燃料可在现有的各型柴油机车上无障碍使用,无需改变发动机和加装双燃料系统。

3.稳定性。无剂自溶的创新，其稳定性提高%以上，完全满足使用要求。

4.环保性。减少尾气排放30-70%以上，属于低碳燃料。

5.经济性。甲醇价格只有柴油价的三分之一，成本低经济效益非常显著。

6.充足性。甲醇、改性剂、热值剂属于普通化工原料，来源丰富,完全满足供应。

7.方便性。由于甲醇、改性剂、热值剂的自溶性，生产工艺简单,无需强力搅拌即可快速稳定融合，直接用管道输送到油库，即可在加油站出售。甚至可以直接将甲醇/改性剂/热值剂按比例直接加入柴油车油箱中，开车时稍经摇晃就完全自溶成合格的改性甲醇燃料，省去了调合工艺和装置的费用。

8.特殊性。在青藏高原缺氧的地方车辆使用改性甲醇燃料,可以显著提高车辆由于缺氧造成的油耗提高、动力下降问题。

中央提出“碳达峰、碳中和”目标是能源发展的大方向，但我国是以煤为主的能源大国，实现“双碳”目标，不能离开中国的国情，必须处理好履行减碳承诺与保障能源供给安全的关系。在实现“双碳”目标的过程中，我国仍然要在较长时间内使用煤炭，以保障经济发展所需的能源供给。但是今后对煤炭使用必须走清洁化使用的路子。通过煤制甲醇，用甲醇替代直接燃煤和车用燃料是保障能源供给安全和煤炭清洁化利用的重要途径。《T/CERS-压燃式发动机用改性甲醇燃料)》国家团体标准已发布实施，甲醇从此“名正言顺”地成为替代能源的“合法”一员。发展压燃式发动机用改性甲醇燃料是减轻石油对外依存度、保障国家能源安全、降低空气污染、减少二氧化碳排放、打赢蓝天保卫战的一项重大战略举措。

占小玲研究的压燃式发动机用改性甲醇燃料配方，其质量符合T/CERS-改性甲醇燃料团体标准，从而克服了低、中、高比例GD20～GD40改性甲醇燃料的分层、油耗、动力、冷启动、腐蚀、磨损、溶胀、热值等存在的诸多问题。因此，业内人士认为，第二代新配方GD20-GD40改性甲醇燃料在现有柴油汽车上直接使用，有效的助力实现“双碳”目标，具有广阔的市场前景。

只有甲醇最低碳，只有甲醇最便宜，只有改性甲醇燃料原料最丰富、最廉价易得，这种既有环境效益又有经济效益、利国利民有利可图的抢钱项目，谁不想干呢？你准备好了吗？