图片来源：scharfsinn86 via Adobe Stock最近，发动机技术论坛 (ETF) 举办了一场网络研讨会，探讨了内燃机 (IC) 的各种创新，重点关注从燃料来源到效率再到排放等各个方面。
“如今，内燃机真正驱动着我们全球经济的关键部门，”ETF执行董事艾伦·谢弗说，“从农业到工业应用，再到公共交通、铁路和卡车运输。”
他补充说，内燃机对美国经济至关重要，也是美国能源未来的关键。“原因有很多，我们今天将逐一探讨：这项技术的效率不断提高，能够实现更低的排放，以及可持续和可再生燃料在未来能源发展中发挥的作用。”
网络研讨会的第一部分聚焦于可再生燃料。Marc-IV (M4)咨询公司创始合伙人、美国材料与试验协会 (ASTM) 生物柴油工作组主席史蒂夫·豪厄尔 (Steve Howell) 为本次研讨会拉开了序幕。他强调了使用生物质柴油燃料（即可再生柴油和生物柴油）对于近期和未来减少碳排放的重要性。
液态太阳能
据豪厄尔称，生物质柴油产业最初是为了利用过剩的大豆油而发展起来的。随后，该产业开始关注能源独立。然而，如今情况已大不相同。
“如今的主要驱动力是碳排放，”豪厄尔说道。他解释说，生物质柴油的生产过程中，原料的生长会从空气中吸收二氧化碳（CO2）。而燃烧这种燃料又会将二氧化碳排放回空气中。
“大气中碳的生命周期净减少量约为70%，”霍威尔说。“我们假设种植和生产燃料所消耗的所有能源都来自化石燃料。因此，随着能源脱碳，生命周期二氧化碳排放量的减少将接近净零。”
他还补充说，该行业倾向于将生物质柴油视为“液态太阳能”，因为“太阳能正在滋养燃料，我们将其储存在燃料中，而不是电池中”。
二氧化碳时间价值
霍威尔解释说，在减少二氧化碳排放方面，碳的时间价值使得这项工作如此紧迫。
“碳会在大气中不断积累，”他说。“我们今天排放的碳明年仍然存在。我们前两年排放的碳也仍然存在。因此，大气中的碳含量具有累积效应。每延迟五年，我们就必须减少13倍的碳排放量才能达到同样的气候影响。”
霍威尔认为，现在减少二氧化碳排放比等待未来技术成熟更有益。这也是近年来生物质柴油燃料使用量激增的原因。
“生物质燃料行业的消费量确实大幅增长，尤其是在过去15年里，”豪厄尔说道，他指的是包括可持续航空燃料和可再生取暖油在内的所有生物质燃料的增长。“2010年，我们的燃料产量约为2亿加仑。去年，我们的燃料产量超过了45亿加仑，而且我们看到可再生柴油开始渗透市场。如今，在北美，可再生柴油和生物柴油的市场份额大约各占一半。”
据豪威尔称，该行业的长期愿景是到 2030 年生物质燃料产量超过 60 亿加仑，到 2050 年达到 150 亿加仑。
他说：“我们目前还有足够的原料产能，可以再生产大约18亿加仑。未来，我们计划提高植物油的产量，扩大国内压榨（用于加工油籽），拓展废弃食用油和其他产品的用途——开发新的应用领域。”
其他生物质能效益
除了脱碳之外，生物柴油和可再生柴油还能为发动机带来其他好处，包括减少颗粒物（PM）排放。
“尾气排放非常低，这主要归功于后处理系统，”豪厄尔说道。“但发动机排放的颗粒物确实有所减少。B20 发动机排放的颗粒物减少幅度相当大。这或许能降低柴油颗粒过滤器（DPF）的再生频率，从而对未来的系统发展产生长期的积极影响。”
他还补充说，由于可再生柴油与 B20 生物柴油大致相似，因此它也可能产生减少颗粒物排放的效果。
Howell 指出的另一个优点是润滑性。
“当我们从柴油中去除硫之后，无论是可再生柴油还是传统石油燃料都需要添加某种润滑剂，”豪厄尔说。“而生物柴油可以作为这种润滑剂。润滑性越好，发动机部件和燃油泵的磨损就越小。因此，混合燃料正在迅速发展，并逐渐渗透到市场。”
特种化学品公司 Innospec 的性能添加剂技术总监 Mary Dery 在 Howell 之后进行了演讲，并重申了这些额外的好处。
“润滑性能发生了变化，”她说。“抗氧化性能也发生了变化。一些好处包括喷油器积碳减少，以及颗粒物排放总体减少。”
添加剂辅助
根据 Dery 的经验，使用传统超低硫柴油 (ULSD) 燃料的现有柴油发动机可以通过使用适当的燃料添加剂进行脱碳。
图片来源：BillionPhotos.com via Adobe Stock例如，Dery 表示，在实际应用中，未经处理的超低硫柴油会导致喷油器积碳，从而导致燃油效率低下，需要更频繁地再生柴油颗粒过滤器 (DPF)，有时甚至在怠速状态下也需要再生。
“最终，你会消耗更多燃料，这意味着你会产生更多二氧化碳，”她说。“你会产生更多碳氢化合物和颗粒物。”
解决这个问题的方法是使用经过处理的燃料，这种燃料含有多种添加剂：
- 润滑性改善剂
- 冷流改进剂（CFI）
- 腐蚀抑制剂（CI）
- 洗涤剂，也称为沉积物控制添加剂 (DCA)
这类添加剂可以清洁燃油喷射器，并保持其清洁。
“这意味着这些孔会保持畅通——完全畅通，”德里说道，“这样燃烧更充分，燃油经济性更好。DPF（柴油颗粒过滤器）的沉积物会更少。DPF的清洁度会更高，使用寿命更长。你会消耗更少的燃料，最终全面减少排放。”
例如，Dery 讨论了一项在农用拖拉机上进行的试验，这台拖拉机已经使用了 1800 多个小时，并且由于使用了未经处理的柴油燃料，喷油器出现了严重的积碳。
“在燃油中添加清洁剂后仅运行了100小时，孔洞周围的沉积物就被冲刷掉了，”她说道。“因此，我们减少了30%的氮氧化物排放。”德里补充说，PM2.5排放量也下降了34%。
另一项测试涉及一辆公路车辆——2019 款梅赛德斯-奔驰 Sprinter——Innospec 对其进行了 DPF 负载研究。
“我们用未经处理的燃油，在奔驰Sprinter厢式货车上运行，测量DPF（柴油颗粒过滤器）饱和所需的时间，以确定需要进行停车再生，”德里说。结果显示，大约需要三个小时才能进行再生。
“在第一次使用添加了清洁剂控制添加剂的处理过燃油后，我们把再生间隔延长了近半小时，”她说道。经过三次后续处理后，DPF再生间隔增加到五个多小时——提高了77%。
在地下采矿方面，Dery报告了一项试验，该试验对24辆汽车进行了四个月的测试，这些汽车使用未经处理的超低硫柴油（ULSD）。随后，他们使用了经过处理的超低硫柴油（ULSD）四个月，结果燃油消耗量降低了4.6%，一氧化碳（CO）排放量减少了14%。
添加剂 + 生物质柴油
Dery总结了这些进展，称车队所有者和设备/车辆所有者可以通过使用柴油添加剂来减少现有超低硫柴油燃料车辆的排放。
“不需要什么高科技，”她说。“他们可以将生物柴油与柴油清洁剂结合使用，从而显著减少二氧化碳和颗粒物排放。”
她补充说，将添加剂与改用生物质柴油相结合，可以产生更显著的效果。
“如果将生物柴油或可再生柴油与柴油清洁剂结合使用，生物柴油可减少50%至70%的二氧化碳排放，而柴油清洁剂还能再减少3%至6%的排放，”德里说。“这样一来，二氧化碳排放量就能减少80%。”
