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?xì)浠衔锏葘θ梭w有害的物質(zhì)。因此，汽車尾氣治理是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必經(jīng)之路。

近日，南京工業(yè)大學(xué)電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院學(xué)子設(shè)計出“一種可再生能源驅(qū)動等離子體房車尾氣處理與綜合用能系統(tǒng)”。該系統(tǒng)不僅能降低尾氣處理成本，還能減少化石能源消耗，每天產(chǎn)4.5度電，提高能量利用率。憑借這項設(shè)計，團(tuán)隊斬獲第二屆全國大學(xué)生等離子體科技創(chuàng)新競賽特等獎。

團(tuán)隊設(shè)計的“一種可再生能源驅(qū)動等離子體房車尾氣處理與綜合用能系統(tǒng)”圖示。

用低溫等離子體等技術(shù)為尾氣處理、綜合用能提供新思路

隨著物質(zhì)水平的提高和旅游業(yè)的發(fā)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?nèi)加万?qū)動和燃油可再生能源聯(lián)合驅(qū)動兩種模式，但燃油驅(qū)動必然會帶來尾氣問題?，F(xiàn)有尾氣治理的應(yīng)對方法分為機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和機(jī)外凈化技術(shù)，主要包括改進(jìn)發(fā)動機(jī)、開發(fā)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(wěn)定運行等缺點。

低溫等離子體技術(shù)的發(fā)展，使得尾氣處理出現(xiàn)了一條新路徑?！暗蜏氐入x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(dǎo)其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)降解尾氣效果。它主要通過氣體放電形式產(chǎn)生，有望將來代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(dǎo)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(fēng)能等新型綠色能源，進(jìn)而節(jié)約化石能源，減少碳排放?！眻F(tuán)隊指導(dǎo)教師梅丹華說。

為了參加這次比賽，項目團(tuán)隊成員從去年就開始構(gòu)思相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)和流程，他們用低溫等離子體技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)三元催化裝置，減少成本投入；使用太陽能驅(qū)動氣體放電，減少化石能源消耗；設(shè)計逆控一體機(jī)，完成交直流轉(zhuǎn)變和系統(tǒng)電能調(diào)控；設(shè)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(jié)構(gòu)的選型方面，在平板結(jié)構(gòu)、同軸結(jié)構(gòu)、電暈結(jié)構(gòu)、雙介質(zhì)結(jié)構(gòu)等幾種常見的等離子體電極結(jié)構(gòu)中，我們選取了雙介質(zhì)電極結(jié)構(gòu)，它耐腐蝕，放電更加穩(wěn)定，是一種理想的尾氣處理的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；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(fā)現(xiàn)，納秒脈沖電源具有快速變化的上升沿和較短的脈沖持續(xù)時間，有利于形成均勻穩(wěn)定的高活性等離子體，更適合尾氣處理過程?！眻F(tuán)隊隊長孫閔杰介紹。

團(tuán)隊成員。

預(yù)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(xiàn)綠色清潔運行，團(tuán)隊將可再生能源、等離子體尾氣凈化裝置以及房車內(nèi)部設(shè)備用能進(jìn)行了系統(tǒng)集成，設(shè)計了太陽能綜合用能一體化房車系統(tǒng)。

在陽光充足時，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能，逆控一體機(jī)則將太陽能電池板得到的直流電轉(zhuǎn)變成為交流電給等離子體激勵電源和蓄電池供電儲能；當(dāng)陽光不足時，蓄電池組通過逆控一體機(jī)給等離子體激勵電源和房車內(nèi)負(fù)載供電，等離子激勵電源驅(qū)動安裝在房車尾氣管道內(nèi)的等離子反應(yīng)器凈化房車尾氣。

目前，他們還考慮后續(xù)融入智能控制模塊，根據(jù)尾氣處理的具體情況，設(shè)置電壓參數(shù)，通過實時監(jiān)控，輔助了解尾氣處理裝置的運行狀況，同時檢測房車內(nèi)部設(shè)備，實現(xiàn)各部分用電的遠(yuǎn)程調(diào)控，提高能量利用效率。

據(jù)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(tǒng)每天可產(chǎn)4.5度電。此外，項目團(tuán)隊基于目前全國房車數(shù)量估算得知，若采用該系統(tǒng)，通過燃油發(fā)電產(chǎn)生相同電量而形成的空氣污染物，每年可以減少約3000噸。

團(tuán)隊成員表示，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于高尾氣排放的黃標(biāo)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(jīng)濟(jì)成本，實現(xiàn)綠色環(huán)保節(jié)能運行。從前期準(zhǔn)備到競賽結(jié)束，項目團(tuán)隊共申請了五項相關(guān)發(fā)明專利。

（團(tuán)隊供圖）

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