美国研发车载分离技术 燃油效率提升30%

据外媒报道，美国能源部西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）的研究人员研发了一项技术，有望让其成为按需辛烷供油系统（octane-on-demand fuel-delivery）的一部分，为提高燃油经济性和降低温室气体排放铺平道路。

该车载分离技术是首个利用化学物质（而不是物理薄膜）将混合了乙醇的汽油分离为高辛烷值和低辛烷值燃料成分的技术，经过设计，可与车辆现有的燃料一起工作。然后，辛烷按需系统会根据所需功率，为发动机测量出合适的燃料混合物：车辆空转时降低辛烷值，车辆加速时提高辛烷值。

研究表明，此种辛烷按需法可以将车辆的燃油效率提高30%，并有助于减少20%的温室气体排放。但是，到目前为止，对辛烷值进行测试的渗透汽化膜会在汽油中留下近20%、有价值、高辛烷值的燃料成分。

PNNL的该项车载分离技术正在申请专利，在与三种不同化学物质一起进行的概念验证测试中，研究人员发现，该技术能够从商用汽油中分离出95%的乙醇。此类材料对于分离丁醇也很高效，丁醇是一种很有前景、高辛烷值的可再生燃料成分。

能够让每一滴燃料提供最多能量的高压缩比发动机才是未来的发动机。不幸的是，此类发动机会加剧发动机爆震的问题。与骑行者会将脚从踏板上滑下来，四处乱撞类似，当发动机的活塞和燃烧顺序暂时不同步时（通常是车辆加速过程中），就会造成爆震，从而让车辆失去动力，甚至导致发动机损坏，损失金钱。

辛烷值更高的燃料能够消除爆震问题，但是生产成本很高。乙醇是一种廉价的燃料添加物，能够增加辛烷值以对抗爆震问题。此类添加物可适度减少温室气体排放，但是会降低车辆性能和燃油经济性。当车辆在等红灯或者在路边空转消耗汽油时，就是在浪费宝贵的高辛烷值燃料，而此类燃料更适用于汽车加速。PNNL的车载分离技术就可在此时发挥作用，作为辛烷按需供应系统的一部分，该技术能够在正确的时间供应正确的燃料，以优化所用燃料。

PNNL能源过程和材料部门化学家Tim Bays领导了该研究小组，与同事John Linehan、David Heldebrant和Kat Grubel合作，一起研发了三种从汽油中分离乙醇的新方法。

每一种方法的目的都是要捕获乙醇，然后在规定的时间再将其释放。此三种化学方法都很有效，但是有一种方法实现上市的障碍最小：使用可重复利用二氧化硅吸附剂介质的固载胺。

固载胺方法基于介孔支架上的自组装单分子层（SAMMS）制成，由科学家Glen Fryxell和Thomas Zemanian在PNNL率先研发。SAMMS已经扩展应用于许多不同商业应用。Bays曾与Fryxell、Zemanian以及他人合作研究二氧化碳分离技术，现在美国海军会使用该技术净化潜艇中的空气。此类以及其他PNNL在化学分离和车辆排放研究方面取得的进展，促进了该团队研究该分离技术。

基于早期行业反馈，该团队正停止使用其他两种方法，并专注于SAMMS方法。Bays表示，目前最大的科学问题就是材料的稳定性以及随时间推移，材料退化的问题。其他的问题则更多地与工程相关，如时间、成本和重要。

Bays表示，令人惊喜的是，测试结果表明，该分离材料还可以优先从燃料中取出芳烃。芳烃是从原油中提取的汽油部分，此类成分可以提高辛烷值，但也会形成煤烟颗粒，尤其是在发动机冷启动的时候。减少此类颗粒的数量是实现更清洁燃料的首要任务。

PNNL团队相信，随着该技术得到进一步发展，芳烃可被重新引入更温暖、处于运转状态的发动机中，以减少发动机冷启动时的有害排放物，这一问题在汽油和柴油发动机中都很常见。