自20世紀(jì)20年代開始大規(guī)模應(yīng)用于汽車發(fā)動機以來，隨著煉油工藝、發(fā)動機技術(shù)、環(huán)保要求的改變，汽油的組成、添加物也在不斷地發(fā)生改變。組分、添加劑的改變，意味著汽油衍生的上下游也不斷在改變（比如，當(dāng)前美國汽油添加10%的乙醇，這意味著乙醇在汽油的供應(yīng)中占據(jù)了10%的比重），這就導(dǎo)致汽油的定價模式也在發(fā)生改變。為了厘清這些變化對汽油定價造成的影響，本文對美國汽油組分及其添加劑的歷史做了一個綜述。

從化學(xué)組成上來說，汽油由C4到C12范圍的碳?xì)浠衔锝M成，是烷烴、烯烴和環(huán)烷烴的混合物。汽油中分子的實際成分和比例取決于生產(chǎn)汽油的煉油廠工藝、原油原料和該汽油的等級規(guī)定即辛烷值等因素。

通常來說，汽油的抗暴性能是人們最為關(guān)注的焦點，如果發(fā)動機氣缸中的燃料出現(xiàn)爆震現(xiàn)象，不僅會降低效率，還會損壞發(fā)動機。這點我們可以從加油站不同種類的汽油名稱略窺一二。在加油站，不同型號的汽油通常都是通過不同的辛烷值進行識別，并且價格不同，這與柴油通過凝固點進行分類的方法如出一轍。辛烷值是衡量燃料抗爆震能力的指標(biāo)，用研究法（RON）或馬達法（MON）來衡量。美國大多數(shù)零售加油站提供三種辛烷值的汽油：87（普通級Regular）、89（中級Midgrade）和91-93（高級Premium）。辛烷值越高，汽油混合物的抗爆性就越強。使用更高辛烷值的汽油燃料可以實現(xiàn)更高的壓縮比，提升發(fā)動機效率和性能。

除了抗爆性外，汽油還具有良好的蒸發(fā)性、安定性、無腐蝕性等性質(zhì)（表1）。蒸發(fā)性通過常減壓蒸餾時的初餾點和餾出溫度控制，安定性由不飽和烴的含量度量，無腐蝕性則需要測量其酸度、硫含量等。除了這些特性，美國汽油期貨RBOB的標(biāo)品還對其里德蒸氣壓、含氧化合物含量等有一定要求，具體要求如圖1。同時，在文后的附錄中，我們還補充列舉了一些汽油相關(guān)的法規(guī)，以供大家參考 。

從工藝上來說，汽油成品由直餾汽油和二次加工過程生成的高辛烷值汽油組分（催化裂化汽油、催化重整汽油、加氫裂化汽油等）調(diào)和而成。但是，僅通過煉廠環(huán)節(jié)出來的組分進行調(diào)和來生產(chǎn)合規(guī)、高性能的汽油，仍不具有足夠的經(jīng)濟性，或者無法滿足相關(guān)的環(huán)保要求，因此，除還必須額外加入少量的添加劑來調(diào)整汽油的性能。這些組分及添加劑的發(fā)展簡史如表2所列。事實上，如果我們把環(huán)保性能也看成是一種經(jīng)濟性的要求（環(huán)境資源），汽油成本的發(fā)展史實際上是一個技術(shù)與經(jīng)濟性不斷博弈的歷史。下文我們對其進行一個簡單的回顧。

偵探小說的主角——四乙基鉛

1921年，為通用汽車工作的汽車工程師托馬斯·米基利（Midgley）發(fā)現(xiàn)四乙基鉛（TEL）可以為汽油提供辛烷值，防止發(fā)動機爆震。通用為了掩蓋這種添加劑中含有鉛的成分，將這種抗爆震劑命名為“乙基”（Ethyl）。雖然在當(dāng)時人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)芳烴和醇類也是可以作為提供辛烷的添加劑，但四乙基鉛因其較低的生產(chǎn)成本和較少的添加量而成為首選。添加乙醇需要加20-30%，而添加四乙基鉛則僅需要很低的濃度就可以提高辛烷值。除此之外，將乙醇添加到汽油里無法獲得專利，也無法控制其分銷利潤，但是利用四乙基鉛可以。

在早期將四乙基鉛用作燃料添加劑時，人們針對鉛的使用提出了健康問題方面的質(zhì)疑。1924年，新澤西州和俄亥俄州的15名煉油廠工人疑似因鉛中毒而死亡。煉油廠暫時停止了含鉛汽油的生產(chǎn)。當(dāng)時學(xué)界已有多項實驗證明鉛的潛在危險，但是資本家為了利益，并沒有將其危害公之于眾。四乙基鉛的發(fā)明者米基利為了向大眾宣告鉛是無害的，將一小罐四乙基鉛倒在了手上。而事實上，他花了一年時間才從四乙基鉛的傷害中恢復(fù)過來。

這里插一句題外話回應(yīng)本小節(jié)的標(biāo)題，由于四乙基鉛具有很強的毒性，同時汽油又是比較易得的民用燃料油，汽油開始慢慢走入偵探小說的舞臺，成為一種“兇器”。如著名的埃勒里奎因系列，其成名作《羅馬帽子之謎》，其兇器就使用了從汽油中提純出來的四乙基鉛。這有點類似于后來的煙蒂，兩者都是含有劇毒，但易得的化學(xué)物質(zhì)。

雖然學(xué)者沒有發(fā)現(xiàn)短期內(nèi)鉛中毒的證據(jù)，但他們發(fā)現(xiàn)長期接觸鉛可能導(dǎo)致慢性疾病。直到1960年代，經(jīng)過廣泛的健康研究才確定了鉛對健康的破壞性影響。鉛是一種有毒金屬，即使在低暴露水平下也會對人類健康有害。鉛的影響具有持久性，隨著時間的推移，它會在體內(nèi)進行生物蓄積。尤其是幼兒、嬰兒和胎兒，即使兒童血液中的鉛含量很低，也會導(dǎo)致中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)受損、學(xué)習(xí)障礙、身材矮小、聽力受損以及血細(xì)胞的形成和功能受損等問題。鉛對成年人同樣有害，暴露于鉛環(huán)境中的成年人可能引發(fā)心血管發(fā)面的疾病、血壓升高、腎功能下降和生殖問題等。

廢除鉛的使用是一個緩慢的過程，國會于1970年12月由尼克松總統(tǒng)簽署通過了《清潔空氣法案》，開始要求逐步減少所有等級汽油中的鉛含量。但期間涉及多方團體的利益牽扯，直到1996年1月1日起美國禁止公路車輛使用含鉛汽油，才算真正完成了對四乙基鉛這一添加劑的廢除。目前世界上大部分地區(qū)的汽油中已不含鉛。

自然而然的選擇——混合芳烴

混合芳烴（BTEX）是苯、甲苯、二甲苯和乙苯的烴混合物，是無色透明的液體，有特殊氣味，可作為石油樹脂、汽油、溶劑的原料?；旌戏紵N是將低辛烷值的調(diào)成高辛烷值的汽油添加劑。雖然一部分混合芳烴是汽油的原生物質(zhì)，但它也被添加到成品汽油中以提高其辛烷值。成品汽油中混合芳烴的總量取決于所需的辛烷值和其他所需的燃料特性。

由于立法要求，煉油廠需要去除汽油中的四乙基鉛，當(dāng)時有兩種可用的替代品：混合芳烴和乙醇。煉油廠選擇用高辛烷值的石油煉油產(chǎn)品混合芳烴替代四乙基鉛。到1990年，混合芳烴的含量從占汽油比例約22%增加到大約三分之一。

選擇提高混合芳烴的組分占比是一個自然的選擇，一方面，煉油技術(shù)如催化裂化、催化重整地發(fā)展大大增加了混合芳烴的收率，使得混合芳烴不再是昂貴、緊缺的資源。另一方面，往汽油中添加乙醇會導(dǎo)致汽油熱效率的降低，并不受消費者的青睞。因此，市場選擇了增加混合芳烴的含量來穩(wěn)定汽油抗爆性能的同時滿足環(huán)保要求，是一個自然而然的選擇。

但進一步的研究表明，即使接觸來自汽油添加劑和其他石油產(chǎn)品的低濃度混合芳烴復(fù)合物，也可能導(dǎo)致負(fù)面的發(fā)育、生殖和免疫反應(yīng)。汽油中所含的混合芳烴復(fù)合物不完全燃燒時，會形成具有致癌性的超細(xì)顆粒物和多環(huán)芳烴，即使含量很低也會對健康產(chǎn)生不利影響。燃料中的苯具有毒性，即使使用其他芳香族化合物如二甲苯、乙苯、甲苯來替代苯也不能減少其毒性作用。

1990年國會通過了《清潔空氣法案》修正案，其中要求降低不符合地面臭氧標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)的苯含量。2007年美國環(huán)境署保護局更新了對有害空氣污染物的限制，將汽油中苯的總含量限制在0.62%。

混合芳烴的孿生兄弟——甲基叔丁基醚

1979年，煉油廠將甲基叔丁基醚（MTBE）添加到汽油中以替代四乙基鉛來起到提高燃料辛烷值的作用。作為1990年《空氣清潔法案》修正案的一部分，聯(lián)邦政府推出了新配方汽油（RFG）計劃，該計劃旨在降低汽油芳烴（如苯、甲苯、乙苯和二甲苯）的含量，并通過添加大量含氧化合物來提高汽油的含氧量。美國國會要求在新配方汽油中使用至少2%的含氧物以在提高內(nèi)燃機的辛烷值的同時減少空氣污染。通過添加11%的甲基叔丁基醚或5.7%的乙醇可以滿足新配方汽油的要求。1990年代后期廢除鉛使用后，由于其易于運輸且混合成本較低，美國開始使用甲基叔丁基醚代替鉛。使用甲基叔丁基醚可以降低一氧化碳、臭氧、苯和氮氧化物的排放水平，提升空氣質(zhì)量，減少與接觸苯相關(guān)的癌癥風(fēng)險。

然而甲基叔丁基醚極易溶于水且不易降解，會改變飲用水的味道和氣味且對人體有潛在致癌性。地下水中甲基叔丁基醚的主要來源是地下儲罐系統(tǒng)泄漏的汽油。1998年11月，美國環(huán)境署保護局宣布成立一個獨立的“藍帶小組”以完成對甲基叔丁基醚添加在汽油中的作用以及對環(huán)境影響的評估。評估結(jié)果建議對國家水保護計劃進行全面改進，提出了包括20多項具體行動以加強地下儲水罐、安全飲用水和私人水井保護計劃。

為了防止甲基叔丁基醚繼續(xù)污染水資源，2000年美國環(huán)境署保護局宣布逐步淘汰甲基叔丁基醚以保護飲用水。2000到2005年間有17個州禁止或大幅限制在汽油中使用甲基叔丁基醚。

生態(tài)環(huán)保的最終選擇——乙醇

事實上早在上世紀(jì)20年代人們就發(fā)現(xiàn)乙醇（ethanol）可以被添加在汽油中提高辛烷值。但是在當(dāng)時，汽油相比乙醇便宜得多。由于上文鉛部分提及的原因，早期煉油廠并沒有選擇使用乙醇作為汽油燃料的添加劑。

推動乙醇作為添加劑廣泛使用的除了四乙基鉛等添加劑的廢除，還有政治上的因素。1973年，阿拉伯石油禁運引發(fā)了世界范圍的能源危機，美國想通過乙醇燃料減少原油的使用，減少對國外原油的依賴，從而加大了對替代能源的探索力度。

雖然相比汽油，乙醇存在熱值低的缺點。但與汽油芳烴及其燃燒產(chǎn)物對健康的影響相比，乙醇具有毒性較低的優(yōu)點。排放污染物方面，乙醇對于一氧化二氮和一氧化碳排放的影響在較新的發(fā)動機排放控制系統(tǒng)中較小，且可以降低溫室氣體二氧化碳的排放。乙醇的含氧量大約是甲基叔丁基醚的兩倍。但用乙醇替代甲基叔丁基醚有生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)率較低的缺點。1990年，《空氣清潔法案》鼓勵使用乙醇和其他含氧燃料替代汽油芳烴。

在美國，乙醇主要在中西部地區(qū)生產(chǎn)，為了滿足更廣泛的需求，需要加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。另外乙醇和乙醇混合汽油可以導(dǎo)電，由于其導(dǎo)電性，乙醇混合汽油比未混合汽油具備更強的腐蝕性，容易腐蝕管路和設(shè)備。因此，儲罐應(yīng)采用抗腐蝕的材料制成。

經(jīng)濟性方面，乙醇目前的制備主要是由糧食生產(chǎn)或者利用乙烯水合法，成本較高。如果使用糧食生產(chǎn)的方法，需要考慮糧食的價格和運輸糧食所需的成本。而工業(yè)制乙醇通常使用乙烯水合法，乙烯基本是靠石油和天然氣裂解制備的，相比用于燃燒，乙烯用于化工原料更能發(fā)揮其價值。另外，運輸乙醇本身需要汽油，所以要衡量收益和成本。在使用乙醇成本高的情況下，往往需要政府的補貼或者稅收政策才能推動其廣泛使用。1979年至2000年間，聯(lián)邦和州政府對乙醇的補貼約為110億美元，石油行業(yè)1968年至2000年的稅收抵免約為1500億美元。

2005年，美國國會頒布了《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》（RFS），規(guī)定了在發(fā)動機燃料中使用包括乙醇在內(nèi)的可再生燃料的最低要求。2007年，《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定目標(biāo)，計劃到2022年實現(xiàn)穩(wěn)步上升至360億加侖。2019年美國消耗了約145億加侖燃料乙醇。目前在美國銷售的汽油中有95%以上是E10汽油，數(shù)字10表示乙醇的含量為10%。

未來成分變化方向——電力、碳中和？

縱觀美國汽油成分歷史變化，是多方利益集團的綜合博弈和技術(shù)的發(fā)展進步帶來的共同影響。其中涉及到消費者對出行的需求，包括煉化技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)及運輸技術(shù)在內(nèi)的多種科技進步，煉廠所處的市場環(huán)境以及煉廠的成本與利潤，監(jiān)管層為了保護民眾的健康制定的政策變化。

未來汽油成分將向著降低硫元素和二氧化碳排放，減少對空氣污染的方向繼續(xù)發(fā)展。評估未來汽油添加物質(zhì)相關(guān)政策的時候，要考慮多方利益團體的訴求、權(quán)衡成本與收益。

隨著油價上漲和全球變暖成為主要的環(huán)境問題，未來也會使用其他替代燃料。氫已被證明是未來汽車的合適燃料替代品。雖然從現(xiàn)有的燃料和發(fā)動機系統(tǒng)轉(zhuǎn)向更新的系統(tǒng)需要大量投資，但從長遠來看，若能解決經(jīng)濟效益問題，則可以全面投產(chǎn)。在不排放、不破壞環(huán)境的前提下，一旦氫氣的生產(chǎn)、儲存、運輸和成本問題得到解決，氫氣終將作為汽車的替代燃料進入市場。

新能源汽車也慢慢登上舞臺。隨著各國不斷推進新能源汽車的發(fā)展，未來燃油車是會退居二線，還是會與新能源共舞仍未得而知。但可以肯定的是，環(huán)保的意識已經(jīng)深入人心。這就如同宗教一樣，碳排放是否是全球氣候異常的元兇，我們?nèi)圆坏枚?，但只要人們相信了這一“事實”，即使它是錯的，人們也會不斷踐行下去，為了求得內(nèi)心的安寧。就可能如同宗教，從不真實存在，但對人類的發(fā)展不可或缺。

附錄：相關(guān)法規(guī)

CAA

汽油蒸發(fā)時釋放的蒸氣和燃燒時產(chǎn)生的一氧化碳、氮氧化物、顆粒物和未燃燒的碳?xì)浠衔飼廴究諝?，還會產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。為了減少空氣污染，美國于1970年通過了《清潔空氣法案》（CAA），用于規(guī)范各來源的空氣排放。《清潔空氣法案》是一項綜合性聯(lián)邦法律，于1977年和1990年分別進行了修訂?！肚鍧嵖諝夥ò浮芬竺绹h(huán)境署保護局（EPA）對用于公路或非公路車輛、發(fā)動機的燃料和燃料添加劑進行監(jiān)管，解決燃料和燃料添加劑對發(fā)動機的損害以及排放問題。

美國環(huán)境署保護局制定了以下規(guī)定，以實現(xiàn)該法案減少空氣污染的目標(biāo)：

? 裝置排放控制裝置

法案規(guī)定從1976年開始需在乘用車上安裝排放控制裝置。90年代美國環(huán)境署保護局還為其他類型的車輛和用于非道路用汽油設(shè)備的發(fā)動機制定了排放標(biāo)準(zhǔn)。

? 禁止含鉛汽油的使用

意識到鉛對健康的危害性，1976年美國開始立法逐漸廢除含鉛汽油。到1996年，用于車輛的含鉛汽油已完全從美國燃料系統(tǒng)中淘汰。

? 使用新配方汽油

1990年的清潔空氣法案修正案要求從1995年開始使用清潔燃燒的新配方汽油以減少空氣污染。

? 供應(yīng)超低硫汽油

自2017年1月1日起，煉油廠供應(yīng)的汽油應(yīng)比2004年生產(chǎn)的汽油含硫量減少97%。

EPAct

1975年美國國會通過了能源政策和保護法案(EPAct)，涉及美國的能源生產(chǎn)，包括能源效率、可再生能源、石油和天然氣、煤炭、車輛和機動燃料、氫氣等方面內(nèi)容。該法案為汽車和卡車制定了企業(yè)平均燃油經(jīng)濟性(CAFE)標(biāo)準(zhǔn)。

EI&SA

布什總統(tǒng)于2007年12月19日簽署通過了能源獨立和安全法案(EI&SA)。該法案旨在保護美國的能源獨立和安全、增加清潔可再生燃料的生產(chǎn)、保護消費者、提高產(chǎn)品、建筑物和車輛的效率、促進研究和部署溫室氣體捕獲和儲存方案、發(fā)展可再生燃料生產(chǎn)、提高汽車燃油經(jīng)濟性等。該法案還頒布了三個關(guān)鍵條款，分別為企業(yè)平均燃料經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)、可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)和電器/照明效率標(biāo)準(zhǔn)。

其他

《清潔空氣法案》建立了國家燃料排放標(biāo)準(zhǔn)，也允許各州采用不同的燃料計劃來滿足當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量需求。聯(lián)邦和州燃料計劃的結(jié)合，既可以滿足全國范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)燃料質(zhì)量要求，又具有在州或地方層面解決特定空氣質(zhì)量問題的靈活性。不同州可以根據(jù)自身的情況，制定不同的規(guī)定。