ASTM乙醇和乙醇混合物标准
作者：Marilyn J. Herma n，Benedict R. Bonazza和Lewis M. Gibbs

      很多年以来，乙醇作为一种汽油添加剂和辛烷增强剂，一直在美国被广泛使用。目前，乙醇以46%的比例添加到汽油中，形成的混合汽油已经成为当前美国发动机燃料市场的主要部分。可以预料的是，乙醇和其他可再生燃料的使用量在未来将会大幅度的增加。
      在20世纪70年代末和80年代初，为了应对阿拉伯石油禁运的影响，汽油生产商把乙醇和汽油以1:9的体积比例混合在一起(这种产品称之为乙醇汽油混合燃料)，以满足汽油的供给，同时增加汽油中辛烷的含量，以便符合美国环保署要求，并符合逐步停止含铅汽油使用的相关规定。1990年《清洁空气法修正案》规定：在冬季，含氧燃料的使用必须限制在国家的某些特定地区，以减少二氧化碳气体的排放量，并通过要求对新配方汽油的使用，来降低这些国家最严重的臭氧排放区的臭氧水平。此修正案的颁布进一步刺激了对乙醇需求的增长。
      在2005年8月，美国总统布什签署了《2005年度能源政策法案》(109-58公法)，在此项全面的能源立法中确立了一个可再生能源目标，要求到2012年，对可再生能源的使用量需要达到75亿加仑(2800万立方米)，这其中包括乙醇燃料和生物柴油。美国的几个州同时也要求使用乙醇燃料和其他可再生燃料。2007年1月23日联合国大会上，总统发表演说时呼吁截止到2017年汽油消费量应减少20%。总统的计划方案包括大幅度提升可再生和替代燃料的使用量，使其燃料标准在2017年达到350亿加仑的水平(13200万立方米)—这几乎是2005年能源政策法案规定的2012年使用量的5倍。按照总统的计划方案，到2017年，350亿加仑(132万立方米)的可再生和替代燃料能够代替每年15%的汽油使用量。
      ASTM国际组织的技术委员会D02《油产品和润滑剂》以及分技术委员会D02.A0《汽油和有氧燃料》已经制定了几项标准，用以控制对乙醇和乙醇混合燃料的使用，并发布了一项关于新配方汽油的研究报告。具体内容如下：
      ASTM D4806《用作汽车驱动系统火花点火发动机燃料，混配于汽油中的新配方燃料乙醇规范》：混合汽油燃料中的燃料乙醇占汽油的体积比应是10%。
      ASTM D4814《汽车火花点火发动机燃料规范》，要求在汽车火花点火发动机燃料中所使用的汽油和汽油氧化混合物中，燃料乙醇的含量必须达到10%的比例。
      ASTM D5798《汽车火花点火发动机燃料乙醇(有效剂量75到85)规范》要求：在通常情况下，对于所有以火花点火发动机驱动的地面行驶的汽车所使用的这种混合燃料，其中的新配方燃料乙醇的比率要达到75%-85%，其他添加的碳氢化合物比率的使用要占25%-15%。
      ASTM研究报告D02:1347《火花点火发动机新配方燃料研究报告》，按照美联邦和各州在使用新配方汽油方面的要求，对所有地面行驶的火花点火发动机驱动的车辆在使用新配方汽油的相关要求提供资讯。
      本文探讨了联邦和各州在积极使用乙醇和其他可再生能源方面的影响，适用于乙醇燃料的ASTM标准，并且还对乙醇使用的未来进行了展望。

      清洁空气标准：有氧燃料和新配方汽油
      《清洁空气法案》规定，在冬季有氧燃料计划中，有氧燃料的使用必须从战略高度得到快速使用，从而减少了一氧化碳的排放量，联邦新配方汽油计划还要求帮助减少臭氧。1990年制定的《清洁空气法案修正案》还要求各州部分地区要很好的达到国家空气质量标准，尽量减少一氧化碳的排放，为了实现这个计划，在冬季的时候，要求在所有的出售的有氧汽油中必需至少有2.7%的氧含量。
      《清洁空气法案》还要求在某些地区使用新配方汽油，从而能够减少有毒气体和臭氧成分的混合气体的排放。该《清洁空气法案》的第211条(1)禁止传统汽油(所谓的传统汽油就是被鉴定为不具有最新配方)在九个最大都市中出售，因为夏季这里的臭氧含量很严重。其他地区可以自愿地加入到使用新配方汽油计划中，或者根据美国环保署的要求使用这种新配方汽油。

      《2005年度能源政策法案》：可再生燃料标准
      在2005年8月8日，美国总统布什签署了《2005年度能源政策法案》，该能源法案对联邦的新配方汽油计划做出了很大的修正，这包括废除新配方汽油中氧气重量比占2%的规定，建立一种可再生燃料标准，该标准规定在2006年投入使用这种可再生燃料。美国国会批准在2006年可再生燃料的使用量是40亿加仑(1500万立方米)(包括乙醇和生物柴油)。到2012年，再生燃料的使用量将增长到75亿加仑(2800万立方米)(参看表格)。

汽油的可再生性成份
历年               可再生燃料的适用量
                     (以十亿加仑/升计算)
2006              4.0/15
2007              4.7/18
2008              5.4/20
2009              6.1/23
2010              6.8/26
2011              7.4/28
2012              7.5/28

      美国环保署(EPA)需要建立规章制度来执行《2005能源政策法案》，在该计划实施的第一年里，EPA发布了一项规定，允许40亿加仑(1500万立方米)的可再生燃料在2006年投入市场，这需要由国家储备实现，而不是要求私人炼油厂完成该项任务。EPA还计划在2007年春季时颁布一项最终规定，以实施可再生燃料标准,并制定2007年度的交易规定和以后的相关交易规定。然而，《清洁空气法案》原本规定在新配方汽油中必须至少添加2%的氧，并且这些规定在2005年度的《能源政策法案》也得到了重申。EPA将制定一项最终规定以删除从2006年4月24日起强制在新配方汽油中的氧含量规定，首先在加利福尼亚州实施，2006年5月在其他州推广。

      ASTM《新配方乙醇作为一种汽油的混合成分的规范》
      ASTM D4806《混配于汽油中的新配方燃料乙醇作为驱动系统火花点火发动机燃料的规范》是现行的新配方燃料乙醇作为在汽油中的一种混合成分的ASTM标准。最新版D4806于2006年11月1日批准，在2006年12月出版发行。该规范阐述了无水新配方燃料乙醇作为一种火花打火驱动系统发动机燃料在无铅或含铅汽油中的体积比为1:10，该规范也是在乙醇汽油销售的商业管理交易时的标准规范。
      新配方燃料乙醇和汽油混合起来作为火花点火发动机驱动燃油的规范于1984年12月由ASTM技术委员会D02和E4《关于太阳能、地热和其他替代能源》联合表决通过并发布实施。随着进一步发展，在1988年5月，该规范正式获得批准， 作为D4806规范，名称不变。这么多年过去了，为了保持该条款的与时俱进，D4806标准经过了修改，并增加了新的适用性要求条款。ASTM分技术委员会D02.A0下属的有氧燃料工作组有责任要求对D4806条款及其他的有氧燃油标准进行适应性调整。
      D4806标准对乙醇的含量、甲醇的含量、溶解树脂、水含量、变性剂、无机氯化物、铜含量、酸度、pH值、硫和硫酸盐含量都规定了性能要求。变性剂和硫的含量限制也被增加进来，从而使这个标准在美国国内税务署、酒精、烟草、税务和贸易局以及EPA之间取得协调一致。最近的性能改变增加了要求硫酸盐的含量最大不超过百万分之四，并且增加了三种测试硫酸盐含量的测试方法。这三种测试方法已经被确认为标准的测试方法，被表决通过，并替代现行D4806中的附录。最近，ASTM制定了一个跨多个实验室交叉检验燃料乙醇的质量保证计划，以用来评定测定这种燃料乙醇的十种特性的方法。

      ASTM《汽车火花点火发动机燃料的规范》
      ASTM D4814《汽车火花点火发动机燃料规范》，这些燃料包括了用在汽车火花点火发动机中的汽油和有氧汽油混合物，其中规定了汽油-乙醇的混合配比为10%。汽油中包含10%的乙醇，能够应用于当前所有机动车中，而不需要进行任何的技术改造。所有的汽车制造商都认可使用这种10%体积比的乙醇汽油。
      依照《清洁空气法案》211条款(F)的规定，EPA将具体对这些新型燃料和燃料添加物的销售进行管理，因为这些燃料都是要用于汽油中的。
      在1978年，EPA发布了弃用乙醇燃料混合物书，允许这种10%配对的新配方燃料乙醇在市场上进行买卖。1982年，在一项解释条款中，EPA进一步要求放弃这种乙醇燃料，要求这种混合比例要少于10%。在1978年初期，分技术委员会D02.A0开始致力于确定ASTM的D439《汽车燃油规范》(现在称为D4814) 是否适当地涵盖了酒精汽油混合燃料。1981年5月，一个关于乙醇汽油和含铅汽油的建议性规范出台了。同时也公布了一份关于乙醇汽油混合燃料(机动车燃料中包含10%的新配方乙醇)的信息文件，并且说明了碳氢化合物汽油和乙醇汽油化合物之间的不同。
      1988年，ASTM采用了D4814规范条款，其中对所有用火花点火发动机驱动的地面车辆所用的汽车燃油做出了要求，并制定了相关规定，但是并没有对乙醇汽油建立一个标准规范。点火发动机燃油包括了汽油和有氧汽油混合物，这包括乙醇汽油混合物燃料，在过去的这些年里，ASTM D4814已经进行了多次修正，以应对EPA的管理规定和技术变更要求。
      ASTM D4814对这个国家的不同地区、不同季节所使用的汽油的技术特性进行了不同限制，这包括挥发性，铜条腐蚀性、银条腐蚀性、溶解树脂、含硫量、含铅量，以及氧化稳定性等在诸多方面都做出了详细规定。还包括对这些限制的测试方法。对于乙醇汽油混合物的最近变化是对汽车驾驶性能指数方程式的修改，以增加乙醇调节条款，这项工作基于实施计划，并且由协调研究委员会具体指导。另一项最新的改变是撤消了耐水性要求，并将耐水性信息转移到附录中，直到一个可使用的测验方法研究出来为止。
      ASTM《燃料乙醇规范(Ed75-Ed85)》ASTM D5798《汽车火花点火发动机所用燃料乙醇(Ed75-Ed85)的技术规范》，包括燃料的混合，通常情况下是75%-85%的变性燃料乙醇和25%-15%的碳氢化合物的混合体，适用于以火花点火发动机驱动的地面车辆。在1993年中期，美国度量衡大会要求ASTM制定一个关于燃料乙醇E85的性能规范。因此在1996年首次制定了ASTM D5798规范， 并且该规范在2004年再次获得通过，并且没有进行任何更改。
      乙醇不但可以作为一种以10%混配于汽油中的添加剂，也可以以85%的浓缩浓度乙醇混配15%的汽油专门用于那些设计可使用灵活燃料的车辆。EPA规定E85燃料只能使用在他们认证的车辆上。然而目前E85的市场渗透份额相对很小，预期人们对它的使用量将增加。目前，大约有600万辆灵活燃料车辆具有使用E85的能力。美国汽车制造商通用汽车公司，福特和戴姆勒克莱斯勒已经宣布到2015年他们新制造的汽车中50ā能够使用这种灵活燃料。
      为了对联邦和各州鼓励使用可再生能源的动议做出响应，ASTM分技术委员会D02.A0在2006年成立了E85特别任务小组来负责根据需要及时地更新相关规范。首次公布的成果是鉴定特性的解析程序。分技术委员会D02.A0要求几个特性分技术委员会在他们的权限范围内，开发新的测试方法或者要求修改当前的测试方法，用来代替E85，并且为E85燃料乙醇提供更精确的测试方法。另外，还要求CRC进行一个冷启动和热启动驾驶性能测试计划，用来评估蒸汽压力和汽油成份的重要性。该计划的研究结果将被用来对E85挥发特性的任何变化提供技术支持。

      ASTM《新配方汽油研究报告》
      ASTM分技术委员会D0 2.A0的特别任务小组在新配方汽油方面做出了D02:1347研究报告—即新配方火花点火发动机燃料的研究报告，这也为所有装备有火花点火发动机的地面车辆在使用新配方汽油的要求方面提供了必要信息，而且这些信息也是联邦和各州在新配方汽油使用计划方面所必需的。这份文件也包括了新配方汽油发展计划方面的相关内容；《2005年能源政策法案》新配方汽油条款和可再生燃油标准；各州新配方汽油发展计划；EPA、加利福尼亚空气资源委员会和ASTM新配方汽油测试方法。该报告也不断地得到更新以适应新的发展需求，对各州和联邦的新配方汽油都产生了影响。可以在ASTM D02官方网站上免费得到此报告。

      各州采用ASTM标准
      ASTM规范是协调一致标准，已经获得了联邦政府和各个州的一致认可并被采用，并作为最低的质量标准。D4814规范(或者被称为D439)被联邦政府充分地引用在相似的规则和大量有氧弃用书中。根据赫尔曼-协会(Herman & Associates)的一项调查显示，35个州和两个郡已经采用了D4814规范条款作为驱动系统火花点火发动机燃料的标准规范。九个州已经采用了他们自己规定的燃料规范， 其中一些是以ASTMD4814条款为基础制定的。管道公司也已经采用了D4814规范，这导致了大多数州接受D4814规范的产品，尽管州法律并没有强制要求他们这么做。
      尽管D4814规范中对乙醇混合燃料做了说明，EPA允许汽油乙醇混合燃料中包含9%-10%的乙醇容量比，这样内燃机中水蒸气气体压强比传统的汽油夏天最大水蒸气气体压强限值高出1.0psi(6.89千帕)。另外，对于特别是臭氧含量未达标的地区，某些州和当地司法机构已经建立了比EPA更加严格的水蒸气气体压强标准，即使是这样，他们也允许汽油乙醇混合燃料比夏季期间水蒸气压强高出1.0psi(6.89千帕)。
      目前，30多个州对于ASTM的乙醇混合燃料规范提供了挥发度弃权书。大多数的州允许乙醇混合燃料水蒸气气体压强比以往所规定的汽油水蒸气气体压强值高出1.0psi(6.89千帕)。但是一些州也放弃了蒸馏界限和气液比率界限。22个州已经把D4806规范作为新配方燃料乙醇的最低质量标准。18个州已经采用了D5798规范条款作为E85燃料乙醇的最低质量标准。下一年度，许多州很可能修改他们现有的燃料规范，包括对可替代燃料制定新的标准。

      乙醇燃料的前景展望
      现行以及计划的美国乙醇生产量和使用量已经远远超出了2005能源政策法案所规定的水平。据能源信息主管部门的报告：2006年美国生产了52亿加仑
(2000万立方米) 的乙醇，到2009年底，乙醇工业预计将再投入生产60亿加仑(2300万立方米)的生产量。
      在未来，很可能国会和各州将通过附加的立法来促进和扩大现存可再生燃料的标准。总统已经宣布了到2017年可再生和替代燃料的生产量将达到350亿加仑(13200万立方米)的目标。此外，许多国会议员在提高可再生燃料标准和降低美国对进口原油的依赖方面已经提出了在立法中设定较高目标。某些州和立法机构已经批准了乙醇和其他再生燃料的使用。基于对国家安全的考虑，联邦政府和各个州政府将继续采取措施增加可再生能源的使用。
      纤维质乙醇的商业化将成为增加乙醇燃料产量和利用率的决定性因素。今天在美国生产出的大多数乙醇几乎都是从玉米中提炼而来的。国家玉米种植协会计划大约150亿加仑(5700万立方米)的乙醇从玉米中加工出来，而这并不会很大程度上扰乱其他的玉米市场。
      为了扩大乙醇燃料的生产和使用，纤维质乙醇生产商业化将是非常关键的。目前美国所生产的乙醇主要由玉米作原料。国家玉米种植者协会计划在不会对其他玉米市场造成明显影响的情况下，生产150亿加仑(5700万立方米)的乙醇。用纤维质给料，例如柳枝稷，木屑和农业废料等生产乙醇将会是十分必要的。许多公司正在致力于乙醇生产的商业化。美国能源部最近宣布联邦基金将选择六种纤维质乙醇作物进行资助，来帮助实现总统在10年内降低汽油消费量的20%的目标。
      ASTM分技术委员会D02.AO将继续提出新的问题，他们将修改乙醇燃料标准，这样对于增加乙醇和其他再生燃料的使用量是十分必要的。

(王赓 译 李爱仙 校)