汽车尾气发电能成为现实吗?

2011-02-17 19:00:06来源: 科技日报

打破砂锅

  你听说过汽车尾气可以发电吗?据统计,2010年我国汽车销量达到1806万辆,如果尾气发电成为现实,所有汽车配备尾气发电装置,那么节约下来的石油及减少的尾气排放量将十分可观。请关注——

  在车水马龙的街头,一股股浅蓝色的烟气从一辆辆汽车尾部喷出。这种气体排放物不仅气味怪异,而且令人头昏、恶心,严重影响人的身体健康,这就是通常所说的汽车尾气。

  环境保护部去年发布的《中国机动车污染防治年报(2010年度)》显示,我国自2009年以来成为世界汽车产销第一大国,机动车污染日益严重,汽车尾气排放成为我国大中城市空气污染的主要来源。

  面对日益严重的汽车尾气排放污染问题,改用什么方法来破解,汽车尾气能否实现变废为宝呢?

尚待开发的财富

  据了解,汽车发动机动力输出占燃油燃烧总热量的25%—42%,其余以废热形式从冷却水和尾气等中排出。这不仅是一种能量的浪费,同时也会造成一定程度的大气热污染。发动机尾气的余热具有温度高、压强大、流速快的特点,因此尾气所含能量在浪费的热量中占主要部分。

  假如我们能将尾气中的热能转变为其他可利用的能量形式,就可以有效提高能源的使用效率,在节约能源的同时减小了尾气污染。事实上,这种想法并非天方夜谭。随着能源价格的上涨,如何利用汽车尾气中的能量,得到了人们越来越多的关注,已经有多家机构就相关领域进行了有益的尝试。

  据了解,德国宝马公司近年来正在开发一款内置蒸气机构的汽油发动机,利用汽车尾气中的热量形成闭路朗肯循环(蒸气压缩式循环),为汽车提供一定的动力。同时,也有多家公司试图利用汽车尾气中的热量为汽车的制冷系统提供动力。

  “目前,汽车尾气的能量利用主要分为内燃机式、制冷式以及热电式3种方式,但大都处于理论研究阶段。”北京理工大学机械与车辆工程学院张付军教授介绍说,“其中,利用汽车尾气与大气间的温差发电的热电式,因为有着较高的理论利用效率而受到大家的广泛关注。”

尾气发电或可行

  如今,美国普渡大学的研究人员正与通用汽车联合开发一种利用温差发电的热能发电机。温差发电是利用热电材料的塞贝克效应(相互连接的两种材料在有温度差时会产生电位差)发展起来的一种发电技术,不需要机械运动,也不发生化学反应,就可以直接将热能转化为电能。

  据该项目负责人、普渡大学机械工程系徐先凡教授介绍,开发此项技术,是为了将汽车尾气中的部分热量转化成电能继续利用,从而达到节省燃料并减少汽车尾气的目的。

  自去年1月份开始,这个研发团队一直设法在汽车三元触媒转换器后安装一个由热电模块芯片构成的初始模型。该模型在有温差的条件下,热电材料中的电子发生流动形成电流,从而从温度高达700℃的废气中收集能量。

  徐先凡表示,因为将汽车尾气中的热能转化为电能的过程中存在巨大的温差,所以选用的热电材料必须能够经受住长期巨大的温差。同时,热电材料的导热性必须很差,这样汽车尾气中的热量才能不会从一面传到另一面。

  目前,通用汽车公司的研究者们正在测试一种名为“方钴矿化合物” 的材料。方钴矿是钴和镍的砷化物矿物,方钴矿族材料具有良好的电力特性,而导热系数不佳。如果加入某些稀土元素合金后,可使这种方钴矿的导热性进一步降低。

路漫漫其修远兮

  “目前,利用汽车尾气发电技术仍处于理论研究阶段,离商业化应用还有很长的一段路要走,”张付军表示。事实上,此项技术商业化仍面临着诸多困难。

  利用汽车尾气的热能发电,首先面对的是技术上的难题。普渡大学的研发团队目前最大的挑战之一是寻找合适的热电材料,热电材料必须满足耐高温以及导热性差两个条件。

  北京理工大学机械与车辆学院马朝臣教授介绍说:“汽车尾气发电目前面临的一个很大的困难是如何提高实用中燃油的利用率。同时,如何降低生产过程中的成本,也是这项技术从理论研究迈向实际应用很重要的一步。”

  尽管面临着重重困难,尾气发电技术仍有着非常广阔的市场前景。据相关媒体报道,目前最先进的热电组件的转换效率大概只有5%。若是使一辆雪佛兰越野车的燃油利用率提高5%,相当于每升燃油多跑0.43公里。而这项研究有望最终将汽车燃油利用率提高10%,高效的利用效率可以补偿安装设备带来的成本,经济效益前景良好。

  “如果汽车尾气发电技术发展成熟之后,能源利用率可达10%左右,那么这将是一项市场前景十分可观的技术。”马朝臣如是说。

关键字:汽车  发电  尾气污染  尾气排放  三元触媒转换器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0217/article_3289.html
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