西北太平洋國家實驗室的車載分離技術能按需提供辛烷，以提高乘用車和輕型卡車的性能，並降低總體(ti) 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）的研究人員開發了一種新技術，可作為(wei) 按需輸送辛烷燃料傳(chuan) 輸係統的一部分，為(wei) 節約能源和降低溫室氣體(ti) 排放鋪平道路。

該車載分離係統為(wei) 現有的汽車燃料設計，是第一個(ge) 使用化學分離膜（非物理膜）的係統，把汽油分成高、低辛烷燃料組分。之後按需輸送辛烷係統會(hui) 根據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於(yu) 減速，較高辛烷值的燃料用於(yu) 加速。

研究表明按需輸送辛烷的方法能提高30%燃料利用率，並能減少20%的溫室氣體(ti) 排放。但是到目前為(wei) 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(zhuan) 利的車載分離技術能從(cong) 商業(ye) 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。

提高能源效率技術的市場成熟

讓每一滴燃料產(chan) 生最大功的高壓縮力發動機是未來發展趨勢。不幸的是，這些發動機加劇了被稱為(wei) “發動機爆震”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，發動機的活塞和燃燒循環短暫不同步會(hui) 發生震爆。爆震會(hui) 消耗能量，甚至造成高昂的發動機損失。

高辛烷值的燃料能減少爆震，但是生產(chan) 花費更高。乙醇是一種不怎麽(me) 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(ti) 排放，但是會(hui) 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(hui) 消耗汽油，這就是浪費能用於(yu) 加速的高辛烷值燃料。

這就是PNNL車載分離技術被用於(yu) 解決(jue) 的問題。作為(wei) 按需輸送辛烷係統的一部分，該技術通過在合適的時間輸送合適的燃料優(you) 化燃料使用。

PNNL的商業(ye) 化經理Allan Tuan說，聯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(yu) 形勢更加相關(guan) 。

Tuan說：“隨著乙醇等生物燃料的使用增加，一種類似於(yu) PNNL車載分離技術的科技意味著我們(men) 不必在減少溫室氣體(ti) 排放和燃料利用率之間做選擇了。”

運用化學分離技術提高燃料利用率

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

每個(ge) 步驟的目標是捕獲乙醇，之後在需要時釋放。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：帶有可重複使用的二氧化矽吸附介質的固體(ti) 負載胺法。

固體(ti) 負載胺法基於(yu) 中空載體(ti) （SAMMS）上的自組裝單分子層。該技術由Glen Fryxell 和Thomas Zemanian在PNNL率先提出。SAMMS在商業(ye) 上擴展出了許多用途。Bays之前與(yu) Fryxell，Zemanian等公司合作開發二氧化碳分離技術，現在美國海軍(jun) 使用該技術淨化潛水艇中的空氣。這些，還有其他一些PNNL在化學分離技術和車輛排放方麵的前沿研究，讓團隊有了現在使用的分離技術的點子。

根據業(ye) 界的早期反饋，團隊著手實踐其他兩(liang) 種方法，並將重點放在SAMMS方法上。Bays說目前在科技方麵的最大問題是材料穩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，每次汽車係統複雜程度的增加都是一種障礙，”Bays說，“我們(men) 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。這正在發生。”

下一步：減少油煙

另外，該研究還有一個(ge) 驚喜，Bays說，實驗結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(hui) 產(chan) 生油煙，特別是在汽車剛發動，發動機未升溫的時候。降低這種成分的比例是生產(chan) 更新、更清潔燃料的優(you) 先事項。

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

該小組的探索性研究先前發表在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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