美國研發(fā)車載分離技術(shù) 燃油效率提升30%

據(jù)外媒報道，美國能源部西北太平洋國家實驗室（PacificNorthwestNationalLaboratory，PNNL）的研究人員研發(fā)了一項技術(shù)，有望讓其成為按需辛烷供油系統(tǒng)（octane-on-demandfuel-delivery）的一部分，為提高燃油經(jīng)濟性和降低溫室氣體排放鋪平道路。

該車載分離技術(shù)是首個利用化學(xué)物質(zhì)（而不是物理薄膜）將混合了乙醇的汽油分離為高辛烷值和低辛烷值燃料成分的技術(shù)，經(jīng)過設(shè)計，可與車輛現(xiàn)有的燃料一起工作。然后，辛烷按需系統(tǒng)會根據(jù)所需功率，為發(fā)動機測量出合適的燃料混合物：車輛空轉(zhuǎn)時降低辛烷值，車輛加速時提高辛烷值。

研究表明，此種辛烷按需法可以將車輛的燃油效率提高30%，并有助于減少20%的溫室氣體排放。但是，到目前為止，對辛烷值進行測試的滲透汽化膜會在汽油中留下近20%、有價值、高辛烷值的燃料成分。

PNNL的該項車載分離技術(shù)正在申請專利，在與三種不同化學(xué)物質(zhì)一起進行的概念驗證測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠從商用汽油中分離出95%的乙醇。此類材料對于分離丁醇也很高效，丁醇是一種很有前景、高辛烷值的可再生燃料成分。

能夠讓每一滴燃料提供最多能量的高壓縮比發(fā)動機才是未來的發(fā)動機。不幸的是，此類發(fā)動機會加劇發(fā)動機爆震的問題。與騎行者會將腳從踏板上滑下來，四處亂撞類似，當(dāng)發(fā)動機的活塞和燃燒順序暫時不同步時（通常是車輛加速過程中），就會造成爆震，從而讓車輛失去動力，甚至導(dǎo)致發(fā)動機損壞，損失金錢。

辛烷值更高的燃料能夠消除爆震問題，但是生產(chǎn)成本很高。乙醇是一種廉價的燃料添加物，能夠增加辛烷值以對抗爆震問題。此類添加物可適度減少溫室氣體排放，但是會降低車輛性能和燃油經(jīng)濟性。當(dāng)車輛在等紅燈或者在路邊空轉(zhuǎn)消耗汽油時，就是在浪費寶貴的高辛烷值燃料，而此類燃料更適用于汽車加速。PNNL的車載分離技術(shù)就可在此時發(fā)揮作用，作為辛烷按需供應(yīng)系統(tǒng)的一部分，該技術(shù)能夠在正確的時間供應(yīng)正確的燃料，以優(yōu)化所用燃料。

PNNL能源過程和材料部門化學(xué)家TimBays領(lǐng)導(dǎo)了該研究小組，與同事JohnLinehan、DavidHeldebrant和KatGrubel合作，一起研發(fā)了三種從汽油中分離乙醇的新方法。

每一種方法的目的都是要捕獲乙醇，然后在規(guī)定的時間再將其釋放。此三種化學(xué)方法都很有效，但是有一種方法實現(xiàn)上市的障礙最小：使用可重復(fù)利用二氧化硅吸附劑介質(zhì)的固載胺。

固載胺方法基于介孔支架上的自組裝單分子層（SAMMS）制成，由科學(xué)家GlenFryxell和ThomasZemanian在PNNL率先研發(fā)。SAMMS已經(jīng)擴展應(yīng)用于許多不同商業(yè)應(yīng)用。Bays曾與Fryxell、Zemanian以及他人合作研究二氧化碳分離技術(shù)，現(xiàn)在美國海軍會使用該技術(shù)凈化潛艇中的空氣。此類以及其他PNNL在化學(xué)分離和車輛排放研究方面取得的進展，促進了該團隊研究該分離技術(shù)。

基于早期行業(yè)反饋，該團隊正停止使用其他兩種方法，并專注于SAMMS方法。Bays表示，目前最大的科學(xué)問題就是材料的穩(wěn)定性以及隨時間推移，材料退化的問題。其他的問題則更多地與工程相關(guān)，如時間、成本和重要。

Bays表示，令人驚喜的是，測試結(jié)果表明，該分離材料還可以優(yōu)先從燃料中取出芳烴。芳烴是從原油中提取的汽油部分，此類成分可以提高辛烷值，但也會形成煤煙顆粒，尤其是在發(fā)動機冷啟動的時候。減少此類顆粒的數(shù)量是實現(xiàn)更清潔燃料的首要任務(wù)。

PNNL團隊相信，隨著該技術(shù)得到進一步發(fā)展，芳烴可被重新引入更溫暖、處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)的發(fā)動機中，以減少發(fā)動機冷啟動時的有害排放物，這一問題在汽油和柴油發(fā)動機中都很常見。