科技日報記者 金鳳 通訊員 韋瑋 孫妙文
【資料圖】
汽車尾氣是造成大氣污染的主要原因之一，汽車尾氣中包括顆粒物、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及鉛和碳氫化合物等對人體有害的物質。因此，汽車尾氣治理是實現“雙碳”目標的必經之路。
近日，南京工業大學電氣工程與控制科學學院學子設計出“一種可再生能源驅動等離子體房車尾氣處理與綜合用能系統”。該系統不僅能降低尾氣處理成本，還能減少化石能源消耗，每天產4.5度電，提高能量利用率。憑借這項設計，團隊斬獲第二屆全國大學生等離子體科技創新競賽特等獎。
團隊設計的“一種可再生能源驅動等離子體房車尾氣處理與綜合用能系統”圖示。
用低溫等離子體等技術為尾氣處理、綜合用能提供新思路
隨著物質水平的提高和旅游業的發展，“在生活中旅行，在旅行中生活”的房車受到大眾歡迎。房車主要分為純燃油驅動和燃油可再生能源聯合驅動兩種模式，但燃油驅動必然會帶來尾氣問題。現有尾氣治理的應對方法分為機內凈化技術和機外凈化技術，主要包括改進發動機、開發新燃料和安裝尾氣凈化裝置，其中安裝三元催化尾氣凈化裝置是最常見的尾氣處理方法。但在實際使用過程中，三元催化劑需要定期更換，存在成本高、普適性低、無法長期穩定運行等缺點。
低溫等離子體技術的發展，使得尾氣處理出現了一條新路徑。“低溫等離子體中包含大量的活性粒子，可以與尾氣污染物相互作用，誘導其發生化學反應，實現降解尾氣效果。它主要通過氣體放電形式產生，有望將來代替傳統三元催化裝置處理汽車尾氣，避免因催化劑失活需定期更換導致的成本增加，并且低溫等離子體具有快速啟停特性，電能可以充分利用太陽能、風能等新型綠色能源，進而節約化石能源，減少碳排放。”團隊指導教師梅丹華說。
為了參加這次比賽，項目團隊成員從去年就開始構思相關技術結構和流程，他們用低溫等離子體技術代替傳統三元催化裝置，減少成本投入；使用太陽能驅動氣體放電，減少化石能源消耗；設計逆控一體機，完成交直流轉變和系統電能調控；設計智能控制模塊，線上控制房車用能，提高能量利用率等。
“比如在電極結構的選型方面，在平板結構、同軸結構、電暈結構、雙介質結構等幾種常見的等離子體電極結構中，我們選取了雙介質電極結構，它耐腐蝕，放電更加穩定，是一種理想的尾氣處理的反應器結構；在匹配激勵電源類型中，我們對比使用高頻交流電源和脈沖電源后發現，納秒脈沖電源具有快速變化的上升沿和較短的脈沖持續時間，有利于形成均勻穩定的高活性等離子體，更適合尾氣處理過程。”團隊隊長孫閔杰介紹。
團隊成員。
預計每年可減少空氣污染物約3000噸
為了提高能量利用率，實現綠色清潔運行，團隊將可再生能源、等離子體尾氣凈化裝置以及房車內部設備用能進行了系統集成，設計了太陽能綜合用能一體化房車系統。
在陽光充足時，太陽能電池板將光能轉化為電能，逆控一體機則將太陽能電池板得到的直流電轉變成為交流電給等離子體激勵電源和蓄電池供電儲能；當陽光不足時，蓄電池組通過逆控一體機給等離子體激勵電源和房車內負載供電，等離子激勵電源驅動安裝在房車尾氣管道內的等離子反應器凈化房車尾氣。
目前，他們還考慮后續融入智能控制模塊，根據尾氣處理的具體情況，設置電壓參數，通過實時監控，輔助了解尾氣處理裝置的運行狀況，同時檢測房車內部設備，實現各部分用電的遠程調控，提高能量利用效率。
據悉，使用可再生能源的等離子體房車尾氣處理和綜合用能系統每天可產4.5度電。此外，項目團隊基于目前全國房車數量估算得知，若采用該系統，通過燃油發電產生相同電量而形成的空氣污染物，每年可以減少約3000噸。
團隊成員表示，該系統還可以應用于高尾氣排放的黃標車輛、大型運輸船舶以及化工廠等場景中。在有效緩解房車尾氣污染的同時，減少化石燃料的使用，降低用戶經濟成本，實現綠色環保節能運行。從前期準備到競賽結束，項目團隊共申請了五項相關發明專利。
（團隊供圖）
關鍵詞：
營業執照公示信息