郑州大学科技成果

车用碳纤维吸附储存天然气技术及产品研发

项目简介：

随着汽车数量的增多，汽车排放物对环境造成越来越严重的污染。全国660个大中城市的大气环境监测表明，大气环境质量达到国家一级标准的仅有1%，而其中汽车排放废气是城市大气污染的重要因素。以北京为例，在大气的污染物中，汽车尾气所占的比例分别为HC：79.1%、CO：80.3%和NOx：54.8%。为了限制汽车有害排放物，世界各国都制订了愈来愈严格的排放法规。围绕着减少有害排放物和低能耗这两个主要问题，世界各国都在积极开发新能源，寻找代用燃料。当前提出的替代性燃料有天然气、醇类和醚类燃料、氢气、电池汽车等

作为清洁能源，天然气用作车用燃料越来越显示出其独特的优势。它不仅能够降低运输成本，而且可以提高发动机的热效率和延长发动机的使用寿命。目前使用天然气做汽车燃料的关键是发展一种合适的储气方式。

但是目前采用吸附式的存储方式，必须解决的关键问题如下：

（1）开发高比体积（单位体积的吸附剂与被吸附气体的体积之比）而非高比重量（单位质量的吸附剂与被吸附气体的质量之比）存储容量的吸附剂，因为在实际的应用中，物理空间总是有限的，特别是对天然气汽车；

（2）吸附、脱附时的热效应对存储系统的影响，吸附时存储系统内的温升，导致天然气存储量减少；脱附时若不能及时补充脱附所需要的热量，将导致气体无法释放。有关实验表明，天然气在以5L/min的速度充入储罐时，其中心温度净增89℃，吸附量比等温情况下减少26.9%；同样，以5L/min的速度脱附，其中心温度净减78.3℃，比等温脱附量减少25.9%。

综上所述，车用天然气技术中，压缩天然气（CNG）储存技术比较成熟，已广泛应用于天然气汽车，但CNG高压设备存在安全隐患。液化天然气（LNG）储气方式,低温冷却技术复杂，建设投资巨大，且液化气瓶维护困难，吸附天然气(ANG)存储方式在安全性、存储压力、经济性等方面均优于其他两种方法，具有广阔的应用空间，这正是本项目的根本出发点。

考虑到活性碳纤维具有高的吸附存储性能和良好的导电发热能力的特点，本项目采用活性碳纤维作为吸附剂和导体，对以活性碳纤维作为吸附剂的车用存储天气吸附、脱附过程进行研究，研发可用于市场化的车载活性碳纤维吸附储气罐，进而进行产品的工程推广应用。

活性碳纤维的ANG技术应用前景广阔，但相应吸附理论和技术尚不完备。本项目通过对微观世界发生的吸附过程提供非常真实的模拟手段并与有工业应用背景的超临界气体吸附的实验研究相结合，以寻得令人信服的理论描述，进而解决ANG在实际应用中的问题，进行车用活性碳纤维吸附装置的研发。