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西北太平洋国家实验室的车载分离技术能按需提供辛烷，以提高乘用车和轻型卡车的性能，并降低总体使用的燃料量。
（图片来源：西北太平洋国家实验室）
美国能源部西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory, PNNL）的研究人员开发了一种新技术，可作为按需输送辛烷燃料传输系统的一部分，为节约能源和降低温室气体排放铺平道路。
该车载分离系统为现有的汽车燃料设计，是第一个使用化学分离膜（非物理膜）的系统，把汽油分成高、低辛烷燃料组分。之后按需输送辛烷系统会根据需要的能量计算出输送至引擎的合适燃料：较低辛烷值的燃料用于减速，较高辛烷值的燃料用于加速。
研究表明按需输送辛烷的方法能提高30%燃料利用率，并能减少20%的温室气体排放。但是到目前为止，测试使用的渗透汽化膜保留了燃料中大约20%的高辛烷值燃料。
在使用三种不同化学材料的概念证明测试中，PNNL正在申请专利的车载分离技术能从商业汽油中分离95%的乙醇。该材料也能有效分离有前景的高辛烷值燃料丁醇。
提高能源效率技术的市场成熟
让每一滴燃料产生最大功的高压缩力发动机是未来发展趋势。不幸的是，这些发动机加剧了被称为“发动机爆震”的棘手问题。和骑自行车脚在踏板上打滑一样，在车辆加速时，发动机的活塞和燃烧循环短暂不同步会发生震爆。爆震会消耗能量，甚至造成高昂的发动机损失。
高辛烷值的燃料能减少爆震，但是生产花费更高。乙醇是一种不怎么昂贵的附加燃料，能提高辛烷值，减少爆震。这种添加剂能稍微减少一些温室气体排放，但是会降低车辆性能和燃料利用率。当一辆车在交通灯前停下，或在路边减速时仍会消耗汽油，这就是浪费能用于加速的高辛烷值燃料。
这就是PNNL车载分离技术被用于解决的问题。作为按需输送辛烷系统的一部分，该技术通过在合适的时间输送合适的燃料优化燃料使用。
PNNL的商业化经理Allan Tuan说，联邦对可再生能源和提高燃料利用率的要求让新的能源策略，比如说按需输送辛烷，比以往更加重要，与形势更加相关。
Tuan说：“随着乙醇等生物燃料的使用增加，一种类似于PNNL车载分离技术的科技意味着我们不必在减少温室气体排放和燃料利用率之间做选择了。”
运用化学分离技术提高燃料利用率
PNNL能源工序和材料部工作的化学家Tim Bays领导的研究团队，与队员John Linehan、David Heldebrant还有Kat Grubel一起，开发了三种不同的从汽油中分离乙醇的方法。
每个步骤的目标是捕获乙醇，之后在需要时释放。所有这三种化学方法都很有效，但是其中一种方法在市场上的障碍最小：带有可重复使用的二氧化硅吸附介质的固体负载胺法。
固体负载胺法基于中空载体（SAMMS）上的自组装单分子层。该技术由Glen Fryxell 和Thomas Zemanian在PNNL率先提出。SAMMS在商业上扩展出了许多用途。Bays之前与Fryxell，Zemanian等公司合作开发二氧化碳分离技术，现在美国海军使用该技术净化潜水艇中的空气。这些，还有其他一些PNNL在化学分离技术和车辆排放方面的前沿研究，让团队有了现在使用的分离技术的点子。
根据业界的早期反馈，团队着手实践其他两种方法，并将重点放在SAMMS方法上。Bays说目前在科技方面的最大问题是材料稳定性或者说材料随时间流逝分解的情况。其他的问题更偏向工程问题，比如说时间，花费还有重量。
“毋庸置疑的是，每次汽车系统复杂程度的增加都是一种障碍，”Bays说，“我们需要让科技变得尽可能简单、易上手，这样对消费者来说就是透明的。这正在发生。”
下一步：减少油烟
另外，该研究还有一个惊喜，Bays说，实验结果显示分离的材料能够移除燃料中的芳香族化合物。芳香族化合物是来自原油的汽油成分。这种成分能提高辛烷值，但同时也会产生油烟，特别是在汽车刚发动，发动机未升温的时候。降低这种成分的比例是生产更新、更清洁燃料的优先事项。
PNNL团队相信，该项技术在未来的发展能让芳香族化合物重新导入已经启动的、热的发动机中燃烧，以减少发动初期冷发动机产生的有害气体。该问题在汽油和柴油发动机都存在。
该小组的探索性研究先前发表在ACS Energy and Fuels上。
作者：Lynne Roeder
翻译：王嘉钰
审校：郝豪
引进来源：西北太平洋国家实验室
引进链接：https://techxplore.com/news/2020-05-onboard-technology-fuel-economy.html
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