论文标题：Dimethyl ether: A promising fuel for marine engines

期刊：Frontiers in Energy

作者：Zhen Huang, Wugao Zhang, Dong Han, Lei Zhu, He Lin, Bin Guan

发表时间：15 Feb 2025

DOI：10.1007/s11708-025-0986-4

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导 读

近日，上海交通大学黄震院士在Frontiers in Energy发表题为“Dimethyl ether: A promising fuel for marine engines”的展望文章。文章提出了一种船舶发动机新燃料-二甲醚，二甲醚（DME）无毒且对环境友好，具有高十六烷值，是压燃式船舶发动机的理想燃料，它可由绿氢、生物质或通过碳捕集技术得到的二氧化碳制备，有望成为替代传统柴油、实现航运业净零碳排放最具潜力的燃料之一。

主要内容

气候变化是当今人类面临的重大挑战，自第一次工业革命以来，化石能源的大规模利用，推动了人类社会发展，但同时也产生了严重的气候变暖的问题。2023年在阿联酋迪拜召开的《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP28）最终就制定“转型脱离化石燃料”的路线图达成一致，被视为“化石燃料终结之路的开启”。目前全球有150余个国家已宣布2050前后实现零碳或碳中和。

面向碳中和目标，全球正面临一场史无前例的由化石能源走向新能源的能源绿色转型，新能源将从补充能源走向主体能源。

可再生绿色燃料制备路径

海洋航运是目前可再生绿色燃料第一个重要应用领域。目前全球海洋船舶中99%由往复式内燃机驱动，面向海洋船舶运输航程长、吨位大、环境复杂的特点，以纯电动、燃料电池为代表的新能源动力在功率密度、可靠性、成本等方面上难以适用，内燃机仍是未来海上船舶推进系统的最主要动力。因此，发展可再生绿色燃料是海洋船舶运输实现脱碳与净零碳排放的根本途径。

二甲醚（DME）无毒且对环境友好，具有高十六烷值，是压燃式船舶发动机的理想燃料。DME物理化学性质的总结见下表。

绿色二甲醚的制备非常类似甲醇制备，主要有二条路线，其一绿氢与生物质气化产生的CO合成二甲醚，其二绿氢与碳捕集得到CO2合成二甲醚，其中碳捕集可以是工业碳捕集、生物质燃烧的碳捕集和未来的空气直接碳捕集（DAC）。二甲醚的制备也可利用已具市场规模的甲醇，通过甲醇脱水制取二甲醚。

从燃料适用性和环保性来看，甲醇、二甲醚和氨都被认为是碳中性或零碳燃料。然而，由于燃用甲醇和氨的发动机需要柴油引燃，特别是在船舶低负荷条件下需要纯柴油运行，使用这些燃料的船舶发动机难以实现零碳排放。相比之下，二甲醚凭借其优异的压燃特性，无需任何引燃燃料，可单燃料运行， 燃油系统简单可靠，可实现净零碳排放。从大规模制备经济性看，甲醇、二甲醚和氨燃料的成本很大程度取决于绿电的价格，随着光伏、风电技术快速进步，绿电发电成本将不断下降；同时受全球碳约束，如欧盟碳关税、碳配额及碳奖惩等的影响，可再生燃料的绿色溢价将会越来越小。从燃料安全性看，甲醇有毒性，氨属于高毒性燃料，二甲醚属于无毒性、环境友好燃料。因此，与甲醇和氨相比，二甲醚在发动机适用性、环保性和安全性上都具有独特的优越性。

二甲醚在车用发动机上已有成功应用。上世纪末，丹麦技术大学、Haldor Topsoe A/S、Navistar、AVL和AMOCO等机构对二甲醚在压燃式发动机中的应用进行了研究。在中国，上海交通大学攻克了二甲醚低NOx燃烧、材料相容性、润滑和磨损技术难题，成功研发了车用二甲醚发动机，上海交通大学进一步联合上海汽车工业总公司、上海柴油机股份有限公司研制出我国首台具有自主知识产权的二甲醚城市客车，上了国家发改委第166批《车辆生产企业及产品公告》，并在上海147路公交线上成功进行了国际首例商业应用。这些工作为二甲醚燃料在船舶发动机上应用奠定了坚实基础。

中国首辆二甲醚燃料城市公交车

全球首例二甲醚燃料城市公交车的商业应用

当今，全球造船与航运业正加速转型脱离化石能源，绿色二甲醚燃料将为船舶动力脱碳提供最具发展潜力的解决方案。

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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期刊简介

Frontiers in Energy是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

Frontiers in Energy已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、CAS、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。2024年海内外下载量为110余万。截至2025年02月15日，即时Impact Factor为6.0。

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