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Die Entwicklung leichter Hochtemperaturlegierungen wird zur Förderung von Erdgasfahrzeugen beitragen

2021-11-26

Im Vergleich zu Benzin verbrennt Erdgas sauberer und effizienter, produziert etwa 25 % weniger Kohlendioxid und senkt die Raffinations- und Verarbeitungskosten. Daher ziehen erdgasbetriebene Fahrzeuge immer mehr Aufmerksamkeit auf sich. Aufgrund der hohen Verbrennungstemperatur von Erdgas sind die Anforderungen an metallische Motorkomponenten jedoch deutlich höher.

Laut ausländischen Medienberichten haben Forscher der University of Virginia durch die Kombination von Nickelpulver und Graphenflocken eine neuartige Hochtemperatur- und kostengünstige Legierung entwickelt und zum Patent angemeldet. Dieser neue Typ von Metallmatrix-Verbundmaterial kann die Integrität bei 1,000 Grad Celsius bewahren oder wird eine gute Wahl für Materialien für Erdgasmotoren werden.

Die Entwicklung leichter Hochtemperaturlegierungen wird zur Förderung von Erdgasfahrzeugen beitragen

Solche Leichtbaumaterialien werden als "Graphen-Superlegierung" (Graphen-Superlegierung) bezeichnet. Aufgrund der Verwendung von leichten Graphenmaterialien ist es leichter als andere Nickel-Superlegierungen, aber stärker und haltbarer als andere Metallmischungen. Chris Li, Professor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, der die Forschung leitete, sagte: „Dieses Material ist sehr leicht und kombiniert perfekt Festigkeit und Zähigkeit. Es könnte ein idealer Werkstoff für Schlüsselkomponenten von Erdgasmotoren wie Kraftstoffdüsen werden.“ ."

Superlegierungen haben in vielen Bereichen äußerst wichtige Anwendungen. Sie sind auch für neue und erneuerbare Energietechnologien wie „grüne“ Biomasseenergie, Biomassevergasung, Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, Bioenergie, konzentrierte Sonnenenergie und Feststoffe unerlässlich. Oxid-Brennstoffzelle etc. Sie spielen auch in vielen anderen wichtigen technischen Bereichen wie Strahltriebwerken, Petrochemie und Materialbearbeitung eine große Rolle. Bei hohen Temperaturen reagiert die Legierung heftig mit ihrer Umgebung, wodurch das Material aufgrund von Korrosion versagt. Um Korrosion zu verhindern, wird üblicherweise eine Schutzschicht aus Aluminiumoxid oder Chromoxid auf die Oberfläche der Superlegierung aufgebracht. Diese Schutzschicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von Metallkorrosion. Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden haben eine systematische Studie zu Superlegierungen durchgeführt, das Prinzip der Bildung von Superlegierungsschutzschichten und die Gründe für ihre Korrosionsbeständigkeit erklärt und neue Methoden zur Verbesserung der Eigenschaften der Legierungen vorgeschlagen.

Die Forscher erklärten zunächst zwei klassische Probleme im Bereich der Superlegierungen. Der Einfluss der "aktiven Elemente" (normalerweise Yttrium und Zirkonium), die üblicherweise in Superlegierungen vorhanden sind; zur Rolle von Wasserdampf im Korrosionsschutz. Die Forscher zeigten den Zusammenhang zwischen diesen beiden Faktoren und zeigten, wie die aktiven Elemente in der Legierung das Wachstum der Schutzschicht aus Aluminiumoxid fördern. Es ist die Anwesenheit dieser aktiven Elemente, die das Einwachsen der Aluminiumoxid-Schutzschicht bewirken, wodurch die Übertragung von Wasserdampf aus der Umgebung auf das Legierungssubstrat gefördert wird. Die Wechselwirkung zwischen aktiven Elementen und Wasser fördert die Bildung einer metastabilen "unordentlichen" Nano-Aluminiumoxidschicht.

Bei der Gestaltung von Materialien wie Muscheln aus Perlmutt lassen sich Forscher von der Natur inspirieren. "Sie haben eine Schicht nach der anderen Struktur." Perlmutt besteht aus sechseckigen Aragonitflocken, und seine Festigkeit und Zähigkeit sind in technischen Materialien äußerst selten. Bei der Herstellung der meisten Verbundwerkstoffe führt die Kombination von zwei Legierungen dazu, dass die meisten Verbundwerkstoffe an Duktilität oder Zähigkeit verlieren. Mit einer Aragonit-ähnlichen Struktur kann die Festigkeit von Graphen- und Nickel-Verbundwerkstoffen jedoch um 73 % erhöht werden, und die Zugkapazität wird nur um 28 % reduziert. Dieses Verbundmaterial kann sogar bei einer hohen Temperatur von 1000 Grad Celsius eine hohe Härte beibehalten.

Das Ersetzen von Batterie- und Motormaterialien durch graphenverstärkte Materialien kann dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken. Die Herausforderung, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, dass die Kosten für Graphen bis zu Hunderte von Dollar pro Gramm betragen können. Der leitende Forscher Zhang sagte: „Wenn es auf Fahrzeuge angewendet wird, müssen die Kosten berücksichtigt werden. Die Kosten stehen immer an erster Stelle. Wenn die Kosten von Graphen nicht gesenkt werden können, wird es nicht möglich sein, Graphen in großen Mengen in Autos einzusetzen.“

Forscher gehen davon aus, dass Erdgasmotoren in den nächsten fünf Jahren weit verbreitet sein könnten, insbesondere für Nutzfahrzeuge. Speditionsunternehmen suchen nach Möglichkeiten, Kraftstoffkosten und CO3-Emissionen zu reduzieren. Derzeit unterstützt das US-Energie- und Verkehrsministerium die Forschung zu innovativen Materialien, um sich an alternative Kraftstoffe anzupassen und Kosten und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. In einem kleineren, kostengünstigeren Maßstab kann Graphen verwendet werden, um gängige Technologien zu verbessern. So lassen sich zum Beispiel flexible Bildschirme oder sogar flexible Batterien für Mobiltelefone oder für den XNUMXD-Druck herstellen.

Die Fähigkeit des Luftversorgungsschutzes nimmt weiter zu

Der hohe Benzinpreis und der Benzinmangel können zunehmen, was für Autofahrer das besorgniserregendste Problem ist. „Dieses Problem tritt hauptsächlich in der Winterheizsaison auf dem nördlichen Markt auf. Die Bewohner verbrauchen eine große Menge Gas zum Heizen, die das 2-3-fache des durchschnittlichen täglichen Gasverbrauchs erreichen kann Probleme verursachen." Experten der China Society of Automotive Engineers Li Yongchang sagten, dass mein Land den Bau von unterirdischen Gasspeichern verstärkt habe. Im Jahr 2018 ist die flächendeckende Gasspeicherkapazität meines Landes auf 16 Milliarden Kubikmeter gestiegen und es wurden 27 Gasspeicher gebaut. Mit der Gründung der nationalen offiziellen Website Gesellschaft LNG-Empfangsstationsspeicher Mit dem Ausbau der Gaskapazität wird die Gasversorgungssituation im Nordwinter Jahr für Jahr verbessert.

"CNOOC kann versprechen, die Versorgung mit LNG, die für den 'grünen Transport' erforderlich ist, unter allen Umständen zu garantieren." Jin Shuping, stellvertretender General Manager der China Offshore Oil & Gas Group, sagte, CNOOC habe drei wichtige Versprechen abgegeben: „Lieferung, Qualität und Preis garantiert“. ——Mit anderen Worten, um die Versorgung mit LNG-Ressourcen an der Tankstelle von Fahrzeugen und Schiffen sicherzustellen, einen qualitativ hochwertigen Kundenservice zu gewährleisten und sicherzustellen, dass der Preis wettbewerbsfähig ist, hat CNOOC einen Preiskopplungsmechanismus zwischen Fahrzeug- und Schiffs-LNG implementiert und No. 0 Diesel, um sicherzustellen, dass der Preis immer unter dem nationalen Standard No. 0 Diesel liegt und die Verfügbarkeit von LNG-Fahrzeugen verbessert wird. Wirtschaft.

Gute Entwicklungspolitik

Es wird berichtet, dass Ende 2018 die Zahl der Erdgasfahrzeuge in meinem Land 6.7 Millionen betrug, davon 440,000 LNG-Fahrzeuge; die Zahl der Tankstellen betrug 9,000; es belegte den ersten Platz der Welt für vier aufeinanderfolgende Jahre. Viele Experten des Treffens sagten, dass sich die Situation weiter verbessern wird.

Ab dem 1. Juli dieses Jahres werden Schlüsselregionen, die Region Pearl River Delta und die Region Chengdu-Chongqing, die National VI-Emissionsstandards gemäß den Anforderungen des "Dreijährigen Aktionsplans zur Gewinnung der Blue Sky Defense" vorab umsetzen Krieg" und fördern den Einsatz von Gasfahrzeugen, die die Emissionsnormen National VI erfüllen. Der gemeinsam vom Ministerium für Ökologie und Umwelt und anderen 11 Abteilungen herausgegebene „Aktionsplan zur Bekämpfung der Verschmutzung von Diesel-Lkw“ schlägt auch vor, dass bis Ende 2020 Peking-Tianjin-Hebei und die umliegenden Gebiete sowie die Fenwei-Ebene die Phase beschleunigen werden -aus National III und unterhalb der Emissionsnormen, um Diesel-Lkw mit 1 Million Diesel-Lkw zu betreiben. Fahrzeuge. Neben der nationalen Politik haben verschiedene Kommunalverwaltungen sukzessive Maßnahmen zur Beschränkung von Dieselfahrzeugen und Schrottsubventionen eingeleitet. Zum Beispiel verbot der Hafen Tianjin, Weifang und Yantai die Einfahrt von Kohle- und Dieselfahrzeugen in den Hafen; 3. Subventionspolitik für die Abwrackung von Dieselfahrzeugen mit Abwrackprämien von 10,000 bis 100,000.

Statistiken zeigen, dass mein Land derzeit 63.263 Millionen Fahrzeuge unter dem nationalen Niveau hat. Dies bedeutet, dass kurzfristig eine große Anzahl von unqualifizierten Fahrzeugen auf den neuesten Stand gebracht werden müssen und einige Fahrzeuge durch Erdgasfahrzeuge ersetzt werden. Laut einschlägigen Quellen ist der Dieselpreis weiter gestiegen, und der Preis für LNG hat insgesamt geschwankt und ist gesunken. Der Absatz von schweren LNG-Lkw im ersten Quartal dieses Jahres ist erfreulich. Li Yongchang, ein angesehener Experte der Chinesischen Gesellschaft für Kraftfahrzeugtechnik, sagte, dass ein prosperierender Absatzmarkt für schwere LNG-Lkw in diesem und im nächsten Jahr im Kontext günstiger Richtlinien mit hoher Wahrscheinlichkeit eintreten wird.

Leistungsprobleme schränken die Branchenentwicklung ein

"Erdgasfahrzeuge entwickeln sich rasant, befinden sich aber noch in einer geringen Ausbaustufe." Hong Ju, Leiter der Forschungsgruppe für Einkraftstoff-Kompressionserdgasfahrzeuge der Bauern-Industrie-Demokratischen Partei, wies darauf hin, dass die Leistung von Erdgasfahrzeugen in meinem Land schlecht ist.

Es versteht sich, dass Erdgas-Pkw lange Zeit hauptsächlich modifizierte Autos sind, und eine große Anzahl von mittleren und kleinen Erdgasautos sind modifizierte Autos von Benzinautos-Dual-Fuel-Autos, dh die ursprünglichen Benzinautos sind teilweise modifiziert , der Motor wird nicht verändert, nur der Einbau Der Erdgasspeicher, die Zündeinrichtung und die Umschaltung der beiden Kraftstoffe werden mangels gezielter technischer Maßnahmen den Kraftstoff wechseln, was zu instabilen Emissionen führt. Bei Verwendung von Erdgas reduziert sich die Stromleistung um ca. 10-15%. Auch der Verbrauch wird um etwa 5 % steigen.

Die Verbrennungstemperatur von Erdgasmotoren ist bei gleichen Emissionen höher als die von Benzin- und Dieselmotoren, was leicht zu einer Stickstoffoxidation im Zylinder führt. Wenn keine speziellen Verbrennungsbehandlungstechnologien und -vorrichtungen verwendet werden, wird zwangsläufig eine gewisse Menge an Stickoxiden in das Abgas emittiert. Mit der Verschärfung der Abgasnormen für Kraftfahrzeuge ist die Kontrolle der Stickoxidemissionen zu einer wichtigen Aufgabe bei der technologischen Transformation von Erdgasfahrzeugen geworden.

"Solange gezielte Maßnahmen ergriffen werden, können die Emissionsanforderungen National VI erfüllt werden." Hong Ju sagte, dass mein Land erfolgreich ein Dreiwege-Katalysatorgerät für Erdgasfahrzeuge entwickelt hat, das bestimmte Ergebnisse bei der Verbesserung der Emissionen erzielt hat. Einige Automobilhersteller haben auch Änderungen an den neu hergestellten Dual-Fuel-Automotoren vorgenommen, um Leistung und Emissionen zu verbessern.

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