西北太平洋國家實驗室的車載分離技術(shù)能按需提供辛烷，以提高乘用車和輕型卡車的性能，并降低總體使用的燃料量。

（圖片來源：西北太平洋國家實驗室）

美國能源部西北太平洋國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory, PNNL）的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，可作為按需輸送辛烷燃料傳輸系統(tǒng)的一部分，為節(jié)約能源和降低溫室氣體排放鋪平道路。

該車載分離系統(tǒng)為現(xiàn)有的汽車燃料設(shè)計，是第一個使用化學分離膜（非物理膜）的系統(tǒng)，把汽油分成高、低辛烷燃料組分。之后按需輸送辛烷系統(tǒng)會根據(jù)需要的能量計算出輸送至引擎的合適燃料：較低辛烷值的燃料用于減速，較高辛烷值的燃料用于加速。

研究表明按需輸送辛烷的方法能提高30%燃料利用率，并能減少20%的溫室氣體排放。但是到目前為止，測試使用的滲透汽化膜保留了燃料中大約20%的高辛烷值燃料。

在使用三種不同化學材料的概念證明測試中，PNNL正在申請專利的車載分離技術(shù)能從商業(yè)汽油中分離95%的乙醇。該材料也能有效分離有前景的高辛烷值燃料丁醇。

提高能源效率技術(shù)的市場成熟

讓每一滴燃料產(chǎn)生最大功的高壓縮力發(fā)動機是未來發(fā)展趨勢。不幸的是，這些發(fā)動機加劇了被稱為“發(fā)動機爆震”的棘手問題。和騎自行車腳在踏板上打滑一樣，在車輛加速時，發(fā)動機的活塞和燃燒循環(huán)短暫不同步會發(fā)生震爆。爆震會消耗能量，甚至造成高昂的發(fā)動機損失。

高辛烷值的燃料能減少爆震，但是生產(chǎn)花費更高。乙醇是一種不怎么昂貴的附加燃料，能提高辛烷值，減少爆震。這種添加劑能稍微減少一些溫室氣體排放，但是會降低車輛性能和燃料利用率。當一輛車在交通燈前停下，或在路邊減速時仍會消耗汽油，這就是浪費能用于加速的高辛烷值燃料。

這就是PNNL車載分離技術(shù)被用于解決的問題。作為按需輸送辛烷系統(tǒng)的一部分，該技術(shù)通過在合適的時間輸送合適的燃料優(yōu)化燃料使用。

PNNL的商業(yè)化經(jīng)理Allan Tuan說，聯(lián)邦對可再生能源和提高燃料利用率的要求讓新的能源策略，比如說按需輸送辛烷，比以往更加重要，與形勢更加相關(guān)。

Tuan說：“隨著乙醇等生物燃料的使用增加，一種類似于PNNL車載分離技術(shù)的科技意味著我們不必在減少溫室氣體排放和燃料利用率之間做選擇了?！?/p>

運用化學分離技術(shù)提高燃料利用率

PNNL能源工序和材料部工作的化學家Tim Bays領(lǐng)導的研究團隊，與隊員John Linehan、David Heldebrant還有Kat Grubel一起，開發(fā)了三種不同的從汽油中分離乙醇的方法。

每個步驟的目標是捕獲乙醇，之后在需要時釋放。所有這三種化學方法都很有效，但是其中一種方法在市場上的障礙最小：帶有可重復使用的二氧化硅吸附介質(zhì)的固體負載胺法。

固體負載胺法基于中空載體（SAMMS）上的自組裝單分子層。該技術(shù)由Glen Fryxell 和Thomas Zemanian在PNNL率先提出。SAMMS在商業(yè)上擴展出了許多用途。Bays之前與Fryxell，Zemanian等公司合作開發(fā)二氧化碳分離技術(shù)，現(xiàn)在美國海軍使用該技術(shù)凈化潛水艇中的空氣。這些，還有其他一些PNNL在化學分離技術(shù)和車輛排放方面的前沿研究，讓團隊有了現(xiàn)在使用的分離技術(shù)的點子。

根據(jù)業(yè)界的早期反饋，團隊著手實踐其他兩種方法，并將重點放在SAMMS方法上。Bays說目前在科技方面的最大問題是材料穩(wěn)定性或者說材料隨時間流逝分解的情況。其他的問題更偏向工程問題，比如說時間，花費還有重量。

“毋庸置疑的是，每次汽車系統(tǒng)復雜程度的增加都是一種障礙，”Bays說，“我們需要讓科技變得盡可能簡單、易上手，這樣對消費者來說就是透明的。這正在發(fā)生?！?/p>

下一步：減少油煙

另外，該研究還有一個驚喜，Bays說，實驗結(jié)果顯示分離的材料能夠移除燃料中的芳香族化合物。芳香族化合物是來自原油的汽油成分。這種成分能提高辛烷值，但同時也會產(chǎn)生油煙，特別是在汽車剛發(fā)動，發(fā)動機未升溫的時候。降低這種成分的比例是生產(chǎn)更新、更清潔燃料的優(yōu)先事項。

PNNL團隊相信，該項技術(shù)在未來的發(fā)展能讓芳香族化合物重新導入已經(jīng)啟動的、熱的發(fā)動機中燃燒，以減少發(fā)動初期冷發(fā)動機產(chǎn)生的有害氣體。該問題在汽油和柴油發(fā)動機都存在。

該小組的探索性研究先前發(fā)表在ACS Energy and Fuels上。

作者：Lynne Roeder

翻譯：王嘉鈺

審校：郝豪

引進來源：西北太平洋國家實驗室

引進鏈接：https://techxplore.com/news/2020-05-onboard-technology-fuel-economy.html


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