Forskere designer nye molekyler, der øger brændstofeffektiviteten

Forskere fra Trinity og TOTAL har designet, syntetiserede og testede nye additiver, der øger brændstofeffektiviteten.

Ledet af professor Stephen Dooley i Trinity's School of Physics, Trinity-forskerne påtog sig projektet som et resultat af en åben konkurrence af TOTAL, hvor deres forslag bød velkommen til adskillige ansøgninger fra forskerhold over hele kloden.

Forskningen blev finansieret af TOTAL Marketing Services og støttet af MaREI, Science Foundation Ireland Research Centre for Energy, Klima og hav.

Det videnskabelige arbejde udført af Trinity var fokuseret på systematisk at bestemme, hvad der gør nogle molekylære strukturer til bedre oktanforstærkere end andre. Ved at modificere disse strukturer og tilføje molekylære komponenter, som om de var LEGO-stykker, forskerne var i stand til at beregne, om en given struktur opfyldte de teoretiske principper for at blive en effektiv oktanforstærker.

Global transport er fortsat afhængig af forbrændingsmotorer

I kølvandet på de seneste emissionsskandaler, aktuelle markedsundersøgelser peger på, at salget af forbrændingsmotorer toppede i 2018, og at salget af elbiler fra nu af langsomt vil overhale biler, der kører på fossile brændstoffer. I de seneste år, mange bilproducenter har annonceret ambitiøse planer om at elektrificere deres tilbud – hovedsageligt ved hybridisering med forbrændingsmotorer.

Imidlertid, der er stadig nogle teknologiske og overkommelige risici ved denne overgang. Virkeligheden er, at over 90 % af salget af nye biler stadig er baseret på forbrændingsmotorer som det primære drivsystem. Selvom elektrificering finder sted, er det usandsynligt, at det vil få væsentlig indvirkning på emissionerne i det kommende årti.

Ud over, der er andre transportformer, såsom luftfart eller søfart, hvor elektrificering simpelthen ikke er en mulighed nu. Imidlertid, vi kan stadig gøre en forskel ved at bruge tilsætningsstoffer inden for allestedsnærværende, flydende brændstof til en overkommelig pris. Brændstoftilsætningsstoffer kan blive særligt vigtige, hvis de anvendes til biobrændstoffer, som allerede har lavt drivhusgaspotentiale.

Professor Stephen Dooley, hovedforsker i energividenskab ved Trinity, siger, "Vi risikerer at gå glip af vigtige emissionsmål, hvis vi ikke udforsker yderligere løsninger, som kan gøre det muligt for køretøjer at blive mere effektive og mindre miljøskadelige. I betragtning af, at flydende brændstoffer bruges til næsten al køretøjstransport på verdensplan, selv små forbedringer i effektiviteten vil have betydelige globale konsekvenser, især i fattigere lande, hvor elektrisk mobilitet ikke er en mulighed.

"Især, dette sidste punkt er vigtigt, hvis vi er seriøse omkring CO ₂ afbødning og klimaretfærdighed. Tilsætningsstoffer af denne type, og de metoder, vi udviklede til at opdage dem, vil være vigtige værktøjer, når vi går over til storstilet brug af lavt CO ₂ biobrændstoffer."

Brændstoftilsætningsstoffer

Brændstoftilsætningsstoffer bruges i vid udstrækning til at forbedre de tekniske egenskaber af brændstoffer, giver dem mulighed for at være miljøsikre og fungere godt i motoren. Typiske tilsætningsstoffer spænder fra simple farvestoffer, at skelne mellem forskellige typer brændstoffer, til antioxidanter for at forhindre nedbrydning, og til oktanforstærkere for at gøre dem mere effektive.

Af disse, oktanforstærkende additiver er de mest eftertragtede, da de giver køretøjet mulighed for at køre længere på den samme mængde benzin (benzin) ved bedre at kontrollere, hvordan motoren forbrænder brændstoffet.

Selvom oktanboostere bruges i vid udstrækning, er der i øjeblikket ingen fuldstændig forståelse af deres molekylære virkningsmekanisme. Innovation på dette område har en tendens til at blive identificeret ved blinde forsøg og fejl, snarere end systematisk videnskabelig undersøgelse.

De fleste af de tekniske udfordringer kræver tværfaglige forskningskompetencer. For eksempel, teamet hos Trinity omfattede tekniske specialister i molekylær termodynamik, Syntetisk kemi, Kernemagnetisk resonans og maskinlæring og matematisk modellering.

Trinity-teamet (professor Stephen Dooley, Dr. Andrew Ure, Dr. Manik Ghosh, Dr. John O Brien), tilpassede allerede eksisterende teorier om kemisk reaktionskinetik og molekylær termodynamik til brug med mere moderne maskinlæringsteknikker, gør brug af supercomputerfaciliteterne i Irish Center for High End Computing (ICHEC).

Dette gjorde det muligt for dem at identificere mange potentielle tilsætningsstoffer, men kun dem, som teoriberegningerne foreslog havde de bedste egenskaber, blev valgt til de risikable og vanskelige eksperimentelle undersøgelser.

Dr. Denis Lançon, TOTAL koordinator for forskningssamarbejde med universiteter, sagde, "De forskningsresultater, der er opstået fra dette samarbejde, har været fremragende. Resultaterne er relevante for en række eksisterende forretningsenheder i virksomheden, og der har allerede været diskussion om, hvordan man kan integrere denne viden på tværs af forskellige funktioner. Trinity-teamet engagerede sig meget proaktivt med vores forskningspersonale og formåede at levere en ambitiøs forskningsplan til tiden."

Dr. Juan Valverde, forretningsudvikling og innovationsledelse i Trinity Research &Innovation, siger, "Trinity kan støtte virksomheder, der er interesserede i at omstille sig til en lavere kulstoføkonomi. Gennem engagement med Trinity, industripartnere kan drage fordel af verdenskendt akademisk ekspertise, banebrydende intellektuel ejendomsret og infrastruktur i verdensklasse. I bytte, vores akademikere er udsat for virkelige industri-udfordringer, der motiverer og inspirerer deres arbejde og ideer."