新南威尔士大学开发的氢-柴油直喷双燃料系统使传统柴油发动机得以改造,成为氢-柴油混合动力发动机。

经过改装的柴油发动机使用90%的氢气

图片来源:Shawn Kook教授

澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)发动机研究实验室的一组研究人员开发出了一种氢-柴油直喷双燃料系统,可以显著减少碳排放。

新南威尔士悉尼大学的工程师们已经成功地将一台柴油发动机改造成氢柴油混合动力发动机,在这个过程中减少了超过85%的二氧化碳排放。

由机械与制造工程学院的Shawn Kook教授领导的团队,花了大约18个月的时间开发了“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。

研究人员表示,在运输、农业和采矿业的卡车和动力设备中使用的任何柴油发动机最终都可以在短短几个月内改装使用新的混合动力系统。

利用风能、太阳能等清洁可再生能源生产的“绿色氢”比柴油更环保。

发表在国际氢能杂志, Kook教授的团队展示,使用他们的专利氢喷射系统将二氧化碳排放量减少到仅90克/千瓦时,比柴油动力发动机的排放量低85.9%。

Kook说:“这项新技术大大减少了现有柴油发动机的二氧化碳排放,因此它可以在降低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,我们可以把现有的柴油发动机改造成更清洁的氢燃料发动机。比起等待全新的燃料电池系统的开发,能够对已经存在的柴油发动机进行改造要快得多,因为后者至少在10年内都无法大规模投入市场。

“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这些目前使用的柴油发动机的问题。”

新南威尔士大学的研究小组解决了这个问题,他们在发动机中保持了原来的柴油喷射,但在汽缸中直接增加了氢燃料喷射。

新南威尔士大学开发的氢-柴油直喷双燃料系统使传统柴油发动机得以改造,成为氢-柴油混合动力发动机。

图片来源:Shawn Kook教授

与Shaun Chan博士和Evatt Hawkes教授进行的合作研究发现,特定时间的氢气直接喷射控制了发动机气缸内的混合条件,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。

库克说:“如果你只是把氢注入发动机,让它们混合在一起,就会排放大量的氮氧化物,这是空气污染和酸雨的重要原因。”

“我们已经证明,在我们的系统中,如果你把它分层,也就是说,在一些地区有更多的氢,而在另一些地区有较少的氢,那么我们就可以把NOx的排放量降低到纯柴油发动机以下。”

重要的是,该团队的系统不需要在替代氢燃料电池系统中必须使用的超高纯度氢气,而且生产成本更高。

与现有的柴油发动机相比,柴油-氢混合动力发动机的效率提高了26%以上。这种效率的提高是通过独立控制氢气直接喷射正时和柴油喷射正时实现的,从而实现对燃烧模式的完全控制——预混或混合控制氢气燃烧。

该研究团队希望能在未来12到24个月内将新系统商业化,并希望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工业场所,那里已经有了永久性的氢燃料供应线。

这可能包括矿场,研究表明,那里约30%的温室气体排放是由使用柴油发动机造成的,主要是在采矿车辆和发电机上。据估计,目前澳大利亚柴油发电机的市场价值约为7.65亿美元。

“在用管道输送氢气的矿场,我们可以改造现有的用于发电的柴油发动机,”Kook教授说。“在氢燃料需要储存和移动的应用方面,例如目前完全依靠柴油运行的卡车发动机,那么我们还需要实现一个氢储存系统,并将其集成到喷射系统中。

“我确实认为,有关移动氢气储存的通用技术需要进一步发展,因为目前这是一个相当大的挑战。”

研究论文——”在改进型单缸压缩点火发动机中直接喷射氢主燃料和柴油先导燃料——已经发表在国际氢能杂志

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