通往高辛烷值燃料之路

2016年10月5日|下午1:46
杰里米·马丁
高级科学家和燃料政策主任

生物燃料18bet开户领域正被高辛烷燃料的话题所热议。乙醇贸易组织最近与监管机构讨论了高辛烷值燃料在实现燃料经济目标方面的作用.他们对汽油和燃料经济性的兴趣可能看起来很奇怪,除非他们的计划是通过增加乙醇的混合量来生产更高辛烷值的汽油。辛烷值是一个令人困惑的技术话题,对乙醇和汽车效率有着复杂的影响。根据你问的人的不同,高辛烷值汽油和更多乙醇的混合物要么是关键,让汽车提供急需的燃油经济性改善,要么是一个死胡同国会应该阻止,要求乙醇混合物不得超过10%.像往常一样,任何一方最极端的支持者都倾向于炒作,所以这里是你需要知道的关于高辛烷值燃料的9件事,以及我对前进道路的看法。

高辛烷值燃料使发动机更强大或更高效

我是受过化学训练的,所以当我听到辛烷值时,我想到的是含有8个碳原子的饱和碳氢化合物分子。但在发动机方面,辛烷值是燃料的标准测量值,用于描述燃料在不撞击高压缩发动机的情况下燃烧的能力[1].更高的辛烷值燃料允许发动机在更高的压缩比下运行,从而提高功率和性能。当汽油第一次从油中蒸馏出来时,它的辛烷值约为70。但这样的低辛烷值燃料会严重限制发动机的效率,因此炼油厂的工艺和添加剂被用于将普通汽油的辛烷值提高到87,高级汽油的辛烷值提高到91[2]

汽车制造商会喜欢更高辛烷值的燃料

辛烷值更高的燃料让汽车制造商的日子更轻松。汽车制造商越来越多地采用涡轮增压和其他发动机技术来提高动力和燃油效率,这些技术在使用辛烷值更高的燃料时效果更好[3].然而,高辛烷值燃料价格的上涨现在阻碍了消费者购买它,限制了它主要用于豪华或高性能车辆。金宝博的网址如果高辛烷值燃料能以具有吸引力的价格广泛供应,汽车制造商就能从他们已经开始使用的技术中获得更高的性能和效率。

乙醇行业对高辛烷值燃料非常感兴趣

提高辛烷值的添加剂有很多种,但乙醇是最主要的添加剂。一套复杂的技术和法规限制了可用于汽油的添加剂的组合。在过去的十年中,乙醇已经成为一种主要的高辛烷值燃料添加剂。今天,在美国销售的大多数汽油含有10%的乙醇,但是如果在不改变燃料的情况下,将乙醇的混合浓度从10%提高到30%,辛烷值将增加约6个点(或从87到93)[4].此外,乙醇通常比汽油便宜,所以更高的乙醇混合物可以以低于传统汽油的价格出售,从而提供了以更低价格获得更高辛烷值燃料的希望。

乙醇作为辛烷值的来源比作为能源更有价值

乙醇最近历史上的一个谜题是,10%乙醇混合物(称为E10)同时取得了成功,而更高浓度的混合物E85(实际上是51%-85%的乙醇)几乎完全失败。一个重要原因与市场准入有关。E10与所有汽车兼容,在几乎所有加油站都有售[5]而E85只与柔性燃料汽车(ffv)兼容,而这类汽车只占总数量的6%,在约2%的加油站有售金宝博的网址[6],价格往往没有竞争力。结果是E10几乎无处不在,而E85几乎无处不在。但是,尽管这些物流方面的挑战很重要,E10比E85具有竞争优势还有一个更根本的原因。

乙醇在混合汽油中起着两种作用,作为增加辛烷值的添加剂,也作为能源。在E10中,乙醇是一种具有成本竞争力的辛烷值来源,如果没有乙醇,炼油厂或搅拌器将需要增加其他比乙醇更昂贵的高辛烷值混合成分的使用[7].但在E85中,乙醇占了燃料的大部分,在这种情况下,与汽油相比,乙醇的能量密度较低,导致在E85上,ffv每加仑汽油的行驶里程比E10少25%。为了弥补这一点,E85必须以相应的折扣出售,以达到成本效益。问题是,当乙醇被用于制造辛烷值时,它会增加价值,但当它被用作燃料时,如E85,所产生的燃料必须以很大的折扣出售。因此,使用乙醇作为辛烷值助推器是有道理的,而高辛烷值汽油扩大了这一机会。

优化车辆使用的高辛烷值乙醇混合物平衡了高辛烷值和低能量金宝博的网址

高辛烷值乙醇混合物具有吸引力的一个原因是它们平衡了司机和汽车制造商的利益。根据最近的研究,使用20-40%乙醇的高辛烷值乙醇混合物的优化高压缩发动机将获得大约抵消混合燃料低能量含量的效率增益[8].这让人有点困惑,因为有几个相关的效率衡量标准:体积效率(或每加仑英里数),成本效益(或每美元英里数),能源效率(或每单位能量英里数),以及碳强度(每英里全球变暖污染排放量)。188金宝搏手机版优化后的高压缩发动机使用高辛烷值的中级乙醇混合燃料,可以提高能源效率并降低碳强度,但由于乙醇的能量密度较低,体积效率将会降低。乙醇和汽油的价格随着时间的推移而变化,但一般来说,乙醇比汽油便宜,因此成本效益也可能会提高。

如果一切按计划进行,司机可以买到更便宜的燃料,而不用支付里程罚金,汽车制造商将从他们已经推出的涡轮增压等减排技术中获得更大的好处,汽车混合燃料系统的效率将提高,排放量将下降。这些改进的总体影响是微妙的。最近的研究表明,与E10相比,针对E25优化的汽车将减少约5%的碳强度。这似乎是一个相当温和的改进,但每一点都有帮助。和其他人一起传统车辆的改进金宝博的网址更多电动汽车金宝博的网址,清理我们所有的燃料在美国,高辛烷值燃料可以帮助减少石油的使用,减少交通造成的全球变暖污染。188金宝搏手机版

但是,虽然高辛烷值燃料对整体汽车效率的影响是微妙的,但这些燃料对添加乙醇的价值有巨大的影响。如果不进行优化,从E10到E25将保持相同的能源效率,但由于乙醇的能量密度较低,体积效率预计将下降约5%。这意味着一辆使用10加仑E10汽油行驶300英里的汽车使用10加仑E25汽油可以行驶285英里。但通过优化发动机(特别是压缩)来利用E25较高的辛烷值,可以将能源效率提高约5%,足以抵消较低的能量密度,因此汽车使用10加仑E25可以行驶300英里。这意味着E25比E10多1.5加仑的乙醇可以让你在优化的汽车中行驶45英里,而不是在未优化的汽车中行驶30英里,远50% !在辛烷值优化的车辆中,乙醇是一种更有竞争力的燃料,这就是乙醇界对它如此兴奋的原因。金宝博的网址

为了使高辛烷值燃料获得成功,我们需要优化整个系统

运输燃料系统既复杂又庞大,要向高辛烷值燃料过渡,很多东西需要协调一致地改变。汽车制造商必须开始销售优化后的车辆,加油站必须为这些优化后的车辆提供高辛烷值燃料,同时金宝博的网址继续为现有车队提供适当的燃料,燃料生产商和分销商必须调整他们的业务以适应不断变化的需求。这种转变可能看起来很有挑战性,但我们在过去已经多次改变了我们的燃料混合物,包括戏剧性的变化,如用无铅气体取代含铅气体,以及幕后发生的变化,如减少硫。通过协调、先进的计划和适当的消费者教育,这可以是一个可管理的过程,但它不可能一蹴而就。

今天,我们还没有就高辛烷值燃料的最佳性能达成一致的目标,更不用说就如何最好地管理过渡达成一致了。能源部一直在领导一个关于燃料和发动机的共同优化目前,技术讨论正在一些地方进行汽车工程师学会,协调研究委员会,ASTM国际了解不同方法的优缺点,并制定技术规范。州和联邦一级的燃料法规和政策也需要调整。只有当这些过程顺利进行时,汽车制造商和燃料零售商才能开始调整他们的运营,最终导致更明显的变化,因为高辛烷值燃料和优化的汽车进入市场。金宝博的网址即使现在开始采取一致行动,这一过程也需要大约10年的时间,所以现实地说,我们可以期待高辛烷值燃料在2026年左右之前产生重大影响。

从E10改为E25并不意味着增加150%的乙醇

到目前为止,我一直在讨论我们如何将乙醇作为燃料组合的一部分,但关于乙醇的许多最具挑战性和争议性的问题涉及它是如何制造的,以及它是由什么制成的,而不是如何使用。向E10的过渡主要发生在2005年至2010年之间,虽然对司机来说不是很明显,但用于生产乙醇的玉米消费量的增加深刻地重塑了美国农业市场和土地使用,并引发了反乙醇的反弹,这种反弹仍在持续[9].因此,在汽油中加入更多乙醇会引发人们对乙醇来源的担忧,以及对粮食价格、水污染和野生动物栖息地的影响,这是可以理解的。

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当然,如果一夜之间所有的汽油都从E10变成了E25,就需要2.5倍的乙醇,这将是一个大问题。美国目前使用的大部分乙醇都是由玉米制成的,由于E10已经占到玉米产量的近40%,迅速过渡到E25将对玉米市场造成巨大的压力,并造成全球影响,并会造成许多问题。但由于我上面解释的后勤原因,燃料供应的变化不会在一夜之间发生。实际上,为高辛烷值燃料优化的车辆和提供这些燃料的加油基础设施还需要10年的时间才能普及金宝博的网址,而在这之后,这些新型车辆还需要几年的时间才能占到燃料消耗的大部分。由于燃料效率的不断进步,2026年至2036年期间销售的汽车将比它们正在取代的汽车更节能,这意味着总燃料使用量将下降。例如,如果在2016年出售的一辆每加仑E10汽油行驶25英里的汽车在2026年被一辆每加仑E25汽油行驶50英里的汽车所取代,那么在行驶相同的距离时,它只会多使用25%的乙醇,少使用近60%的石油[10]

准确预测对不同燃料的需求将如何随着时间的推移而变化要复杂得多,因为他们不仅必须考虑燃料效率和乙醇混合,还必须考虑电动汽车使用的增加和许多其他因素。金宝博的网址国家可再生能源实验室最近的一项研究详细探讨了这些问题[11]

从每加仑乙醇中获得最大的气候效益意味着要超越玉米

今天大多数乙醇是由玉米和糖制成的,但当我们展望未来清洁交通的未来很明显,我们能够而且必须做得更好。美国有很多生物质资源在不使用玉米的情况下生产足够的纤维素乙醇,但是纤维素乙醇的商业化生产最近刚刚开始.还需要几年的时间,才能将数十亿加仑的纤维素乙醇混合成高辛烷燃料。确切地说,纤维素乙醇增长的速度有多快,很大程度上取决于投资者对乙醇未来需求的看法,这一点最近一直令人困惑。高辛烷值燃料路线图将阐明乙醇市场预期,并促进对纤维素乙醇生产的投资。

骗我两次?利用燃油经济性漏洞从胜利的虎口中夺取失败

由于弹性燃料汽车(FFV)政策的糟糕经验,许多汽车效率专家对高辛烷乙醇混合燃料深表怀疑。他们的怀疑是有根据的,因为我们还没有从20世纪80年代末引入的灾难性的FFV漏洞中恢复过来。在推广E85等替代燃料的短视努力中,国会制造了一个漏洞,允许汽车制造商根据(CAFE)燃油经济性法规销售可使用E85燃料,但也可以使用普通汽油的弹性燃料汽车。金宝博的网址汽车制造商确实卖出了相当多的ffv(2004年至2014年间超过1600万辆)[12]),但FFV司机几乎从不在E85上加油,所以就减少石油使用而言,这个策略是一场灾难。FFV漏洞的主要影响是,汽车制造商销售了效率较低的汽车,从而增加了车队的总体耗油量。金宝博的网址

通往高辛烷值燃料的道路

乙醇和汽车行业已经开始主张,在2022-2025年的燃料经济性和温室气体标准中期审查中,应该以某种方式支持高辛烷值燃料。我同意优化车辆和燃料作为一个系统是很有意义的。金宝博的网址但是,由于我们至少还需要10年才能将一种新的高辛烷燃料推向市场,现在就认为高辛烷燃料能提高效率还为时过早。预先提供信用可能会适得其反,就像FFV漏洞一样。对气候来说,在减排实际出现之前就将其计入信用也是一个糟糕的赌注,因为较低的标准肯定会增加排放,但过渡到高辛烷值燃料的潜在好处可能永远不会实现。

我们鼓励监管机构以目前市场上的燃料为基础进行中期审查。正如我的同事大卫·库克解释的那样,汽车制造商有技术来满足和超越我们今天的燃料标准.展望未来,我们有必要看看高辛烷值燃料有什么机会使汽车更加高效,这应该在下一轮汽车标准(2026年及以后)中考虑。高辛烷值燃料的有效应用可以加速传统车辆的能效提高,但标准的改变必须基于司机实际使用的燃料,而不是一厢情愿的想法。金宝博的网址

[1]实际上,在不同条件下运行的一对测试产生了研究辛烷值(或RON)和发动机辛烷值(MON)。抗爆指数(AKI)是美国用于汽油的主要辛烷值指数,是两者的平均值。辛烷值将汽油中碳氢化合物和其他成分的复杂混合物与仅由异辛烷值和庚烷组成的燃料进行比较,纯辛烷值为100。

[2]更多有用信息,请参阅Bruce Hamilton关于汽车汽油的常见问题http://www.faqs.org/faqs/autos/gasoline-faq/

[3]根据美国能源信息管理局(EIA)的数据,涡轮增压发动机的销量已经从2010年的3%增长到2014年的17%,他们预计到2025年80%以上的发动机将采用涡轮增压。今天是2016年4月6日能源新闻。发动机设计趋势导致对高辛烷值汽油的需求增加http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=25692

[4]J.F.托马斯,B.H.韦斯特S.P.赫夫,2015。高辛烷值乙醇混合物对四辆传统弹性燃料汽车和一辆涡轮增压GDI汽车的影响。金宝博的网址网上订购地址:https://www.fueleconomy.gov/feg/pdfs/ORNL_High_Octane_Legacy_金宝博的网址Vehicles_Report(最终). pdf

[5]事实上,ASTM规范汽油中允许含有10%的乙醇,所以E10的兼容性本质上和汽油的兼容性是一样的。

[6]http://www.fuelsinstitute.org/researcharticles/e85_amarketperformanceanalysisforecast.pdf

[7]欧文,s, d,很好。”乙醇作为辛烷增强剂的竞争地位.”farmdoc日常(6):22,伊利诺伊大学香槟分校农业与消费经济系,2016年2月3日。

[8]t·g·利昂、j·e·安德森、r·s·戴维斯、a·伊克巴尔、r·a·里斯、m·h·谢尔比和w·m·斯图津斯基。压缩比,燃料辛烷值和乙醇含量对火花点火发动机效率的影响。环绕。科学。工程技术,2015,49,10778−10789

[9]详情见我最近的报告,为清洁交通的未来加油

[10]25 MPG的汽车行驶12K英里将使用480加仑E10,或432加仑石油和48加仑乙醇。如果用一辆每加仑能在E25公路上行驶50英里的车来取代那辆车,那么耗油量将减少到240加仑、180加仑石油和60加仑乙醇。因此,虽然乙醇混合增加了150%,但乙醇的使用只增加了25%,而石油的使用下降了近58%。

[11]C.约翰逊E.纽斯A.布鲁克R.麦考密克。S.彼得森,保罗·莱比,罗西奥·乌里亚·马丁内斯,G·奥拉多苏·ML·布朗。2015。高辛烷值中级乙醇混合市场评估国家可再生能源实验室。可于http://www.afdc.energy.gov/uploads/publication/high-octane_mid-level_ethanol_mkt_assessment.pdf

[12]美国信息管理局。替代燃料汽车数据。网上订购地址:http://www.eia.gov/renewable/afv/supply.cfm?fs=a&sfueltype=e85