2023年01月28日 星期六
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新南威尔士大学悉尼分校的研究人员将柴油发动机改造成氢动力混合动力

2022/10/9 14:22:459101

据国外媒体报道:新南威尔士大学发动机研究实验室的团队开发了新的氢柴油直喷双燃料系统,可显著减少碳排放。

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图1:氢-柴油直喷双燃料系统由Shawn Kook教授(右)领导的新南威尔士大学发动机研究实验室团队开发,包括Xinyu Liu(左后)和Jinxin Yang(左前)。

新南威尔士大学悉尼分校的工程师已成功将柴油发动机转换为氢柴油混合动力发动机,在此过程中将二氧化碳排放量减少了 85% 以上。

该团队由机械与制造工程学院的Shawn Kook教授领导,花了大约 18 个月的时间开发氢柴油直喷双燃料系统,这意味着现有的柴油发动机可以使用 90% 的氢作为燃料运行。

研究人员表示,任何用于运输、农业和采矿业的卡车和动力设备的柴油发动机最终都可以在短短几个月内改装成新的混合动力系统。

使用风能和太阳能等清洁可再生能源生产的绿色氢比柴油更环保。

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图2 新南威尔士大学开发的氢柴油直接喷射双燃料系统,使传统柴油发动机能够改装为氢柴油混合动力发动机

在《International Journal of Hydrogen Energy》上发表的一篇论文中,Kook 教授的团队表明,使用他们获得专利的氢喷射系统可以将二氧化碳排放量减少到 90 g/kWh,比柴油发动机产生的量低 85.9%。

Kook 教授表明,“这项新技术显著减少了现有柴油发动机的二氧化碳排放量,因此它可以在减少我们的碳足迹方面发挥重要作用,特别是在澳大利亚,我们所有的采矿、农业和其他重工业都广泛使用柴油发动机。”

“我们已经证明,我们可以利用现有的柴油发动机并将它们转化为燃烧氢燃料的更清洁的发动机。

“能够改造已经存在的柴油发动机比等待开发全新的燃料电池系统要快得多,这些系统可能至少在十年内无法大规模商业化。

“随着碳排放和气候变化的问题,我们需要一些更直接的解决方案来处理目前大量使用的柴油发动机的问题。”

高压氢气直喷

新南威尔士大学团队对该问题的解决方案保持了最初的柴油喷射到发动机中,但增加了氢燃料直接喷射到气缸中。

与 Shaun Chan 博士和 Evatt Hawkes 教授进行的这项合作研究发现,特别定时的氢气直接喷射控制了发动机气缸内的混合状况,从而解决了有害的氮氧化物排放,这一直是氢发动机商业化的主要障碍。

“如果你只是将氢气加入发动机并让它们混合在一起,你会排放大量氮氧化物 (NOx),这是造成空气污染和酸雨的重要原因,”库克教授说。

“但是我们已经在我们的系统中展示了,如果你让它分层—即在某些地区有更多的氢气,而在其他地区有更少的氢气—那么我们可以将 NOx 排放量减少到低于纯柴油发动机的排放量。”

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图3 氢柴油直喷双燃料系统具有对氢直喷正时和柴油喷射正时的独立控制,可完全控制燃烧模式—预混或混合控制的氢燃烧。

氢柴油直喷双燃料系统具有对氢直喷正时和柴油喷射正时的独立控制,可完全控制燃烧模式—预混或混合控制的氢燃烧。

重要的是,新的氢-柴油直喷双燃料系统不需要像燃料电池系统一样使用超高纯度的氢气。

与现有柴油发动机相比,柴油-氢混合动力车的效率提高了 26% 以上。

通过独立控制氢气直接喷射正时以及柴油喷射正时实现了效率的提高,从而能够完全控制燃烧模式—预混或混合控制的氢气燃烧。

研究团队希望能够在未来 12 到 24 个月内将新系统商业化,并热衷于与潜在投资者进行磋商。

他们说,这项新技术最直接的潜在用途是在已经建立永久性氢燃料供应线的工业场所。

这包括采矿场,研究表明,大约 30% 的温室气体排放是由柴油发动机造成的,主要用于采矿车辆和发电机。

澳大利亚的柴油发电机市场目前估计价值约为 7.65 亿美元。

“在通过管道输送氢气的矿场,我们可以转换现有的用于发电的柴油发动机,”Kook 教授说。

“就需要储存和移动氢燃料的应用而言,例如在目前纯柴油运行的卡车发动机中,我们还需要实施一个储氢系统以集成到我们的喷射系统中。

“我确实认为移动储氢的一般技术需要进一步发展,因为目前这是一个相当大的挑战。”