提升燃油效率,降低二氧化碳排放,汽油車能否再戰30年?

提升燃油效率,降低二氧化碳排放,汽油車能否再戰30年?

鑑於全球變暖等氣候問題越來越嚴重,一些國家紛紛宣佈停止銷售燃油汽車的計劃,比如挪威要求到2025年所有出售的新車都是電動車,法國、英國已宣佈將在2040年前徹底禁售燃油車。我國有可能到2050年實現全面禁售燃油車。

提升燃油效率,降低二氧化碳排放,汽油車能否再戰30年?

電動汽車完全取代燃油汽車,一方面受政府立法影響,另一方面,作為消費者來說更多的是考慮經濟問題。就目前來看,電動汽車的總擁有成本全面超過燃油汽車還需要5-8年時間。考慮到燃油汽車的巨大保有量,燃油汽車仍將存在很長一段時間。

因此,科學家並沒有徹底拋棄燃油汽車,而是不斷想方設法提升燃油經濟性,降低排放。一種路線是發展小排量發動機。當排量變小後,需要增加發動機的壓縮比,這樣能夠輸出更高的功率,同時也會導致發動機爆震。爆震會破壞車輛的動力,甚至造成發動機損壞。於是需要使用不容易產生爆震的燃料:更高辛烷值的燃料。這個辛烷值就是我們俗稱的汽油標號,比如92,95,98號等,號數越大,辛烷值越高,越不容易產生爆震。

乙醇(酒精)是一種廉價的燃料新增劑,可提高辛烷值來抵抗爆震。

適度新增乙醇可以減少溫室氣體排放,但會降低車輛的效能和燃油經濟性。原因是在車輛行駛週期中,對辛烷值要求並不統一。車輛啟動加速階段需要高辛烷值燃料,而怠速時需要低辛烷值燃料。總的來說,使用高辛烷值燃料無法兼顧排放和燃油經濟性。

美國能源部的研究人員開發的一項技術可以同時提高燃油經濟性和降低溫室氣體。他們的方法是在任何時候都只給發動機提供最合適的辛烷值的燃料,而且加油時仍然只加一種燃料。

這種方法可以

將燃油經濟性提高多達30%,並且可以減少20%的溫室氣體排放

。這是如何做到的呢?

研究人員設計的車載燃料系統能夠將燃料分離成高辛烷值和低辛烷值兩部分,在需要的時候給發動機提供不同配比(辛烷值)的燃料。

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新技術的出發點是分離出乙醇,然後在需要的時候釋放出來。研究人員找到了一種理想的材料:SAMMS,可重複使用的含二氧化矽吸附劑的固載胺。SAMMS已開發出許多不同的商業應用,如在潛艇中的吸附二氧化碳,以及用於吸附車輛尾氣中的某些成分。

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SAMMS是一種海綿狀二氧化矽材料,可以鎖定在某些分子上並長期保持它們,在指定時釋放它們。該圖顯示了分子附著在材料上的層狀結構。圖片:PNNL

SAMMS可以從汽油中有效地分離出乙醇,並在需要的時候釋放出來。使用SAMMS的另一個驚喜是,它能夠分離燃料中的芳烴。芳烴可提高辛烷值,但也會形成煙塵顆粒,尤其是在發動機冷啟動過程中。當發動機較熱時,重新引入芳烴,可以減少顆粒的數量。

提升燃油效率,降低二氧化碳排放,汽油車能否再戰30年?

使用混合燃料供應系統,勢必增加汽車的複雜性,但隨著技術的完善,消費者不會感覺到它的存在。

在可見的未來,乙醇和其他生物燃料的使用會不斷增加,此類整合燃料供應系統仍有用武之地。至於能用多久,要看電動汽車的發展速度了。