加水降排放:柴油新突破,却不能随意倒入油箱

加水降排放:柴油新突破,却不能随意倒入油箱-有驾

臭名昭著的“柴油门”丑闻可能削弱了柴油在乘用车中的受欢迎程度,但它仍然是许多卡车和商用车的首选燃料。虽然替代燃料有望最终取代柴油,但它们的缺点意味着柴油在重型车辆中的主导地位短期内不太可能受到挑战。

基于此,研究人员的主要任务之一是降低当今柴油车辆的排放。现代柴油发动机已经采用柴油颗粒过滤器(DPF)和废气再循环(EGR)来削减尾气排放。然而,这些技术并非完美,有时会在降低某些污染物的同时增加其他污染物。向柴油燃料中添加水是进一步降低柴油排放的最有前景的方法之一。有多种实现方式,但2025年发表在《Carbon Research》上的一篇论文认为,最有效的是水‑柴油乳化液(WiDE)。

该论文发现,向柴油燃料中加入少量水可分别将氮氧化物和颗粒物的排放量降低67%和68%。和其他减排技术一样,这也存在局限,最明显的是不能仅仅往柴油箱里倒水就能获得同样的效果。

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许多柴油车司机已经对水进入普通柴油燃料时会发生的情况有大致了解发动机怠速不稳,尾气冒烟,仪表盘可能弹出“燃料中有水”警告。随着时间推移,这种进水甚至会损坏各种部件。这些问题源于水与柴油不相混合。因此WiDE采用表面活性剂来解决这一难题。

WiDE使用乳化剂,分子一端亲油,另一端亲水,从而将水与柴油绑定在一起,使其不分离。水降低燃烧温度并改善氧化,这两者都有助于降低排放。不幸的是,这只是短期解决方案;这种绑定效应会随时间减弱,最终水和柴油会再次分离。类似的现象可以在一罐蛋黄酱中观察到,蛋黄酱利用乳化剂将油相和水相保持在一起,放置时间过长后也会分层,呈现出极不美观的状态。

论文指出,研究人员尚未确定哪种乳化剂组合能最长时间保持水与柴油的混合。目前为止,他们的最佳尝试仅让WiDE维持了约60天的保质期。这仍远短于传统柴油,后者在加入稳定剂后可保存12个月甚至更长。

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短保质期只是科学家们仍需解决的众多问题之一。另一个大难题是研究人员对最佳水‑柴油比例意见不一。研究考察的比例范围很广,从3%到40%的含水量不等,结果差异显著。

WiDE对发动机性能的影响也尚不确定。一些研究发现,少量加水可略微提升柴油发动机的扭矩输出和效率,而另一些研究则记录到两者大幅下降。论文建议,某些研究中观察到的轻微性能提升可能源于“微爆”效应,即水在燃烧过程中汽化,导致分子裂解,改善燃烧室内的空燃比。

关于WiDE实际能降低多少种类的排放,同样存在模糊的结论。虽然它显著降低NOx,但对其他污染物(如一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物)的水平是上升还是下降,研究结论不一。我们也尚未充分了解WiDE的长期稳定性及其对发动机部件的影响。它仍远未成为完美方案,但潜力巨大,只是短期内不会在加油站出现水‑柴油混合燃料。

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