燃料添加劑是配制用于增強性能和糾正機動車輛所用燃料不足的化合物。從廣義上講，它們可以分為性能添加劑，分配添加劑或燃油質量添加劑。
 

 

（1）清除并防止在噴油器，閥門和燃燒室中沉積

（2）提高潤滑性

（3）提高燃燒效率

（4）改善低溫性能

（5）減少不良排放

 

相比之下，分配類別中的燃料添加劑可抵抗腐蝕，泡沫，過濾器堵塞和微生物污染。另一方面，燃油質量添加劑可通過抑制氧化，減少燃油降解并改善長期燃油存儲穩定性來幫助維持燃油質量。確定要使用的添加劑的最佳組合是長期發動機耐用性和降低車輛尾氣排放的必要條件。

 

由于政府法規實施了嚴格的環境法規以限制溫室氣體（GHG）排放，因此燃料添加劑的使用已日益普及。組織，如美國環境保護署（EPA），在美國加州空氣資源委員會（CARB）和歐盟（EU）推動市場分別集中在美國，美國加利福尼亞州和歐洲的更清潔，更高效的燃料上。隨著減少車輛排放的努力，汽油直噴（GDI）發動機的實施，對超低硫柴油（ULSD）的需求增加以及汽車行業的整體擴張，這些都是促成預計增長的關鍵因素燃料添加劑的使用將持續到2021年和未來十年。

 

高性能燃料添加劑由針對整個發動機性能和效率的多種化合物組成。此類別中一些最重要的添加劑是沉積物控制添加劑和清潔劑，它們通過清除和預防沉積物來保持發動機清潔度。尤其是，進氣門系統沉積物（IVD），燃燒室沉積物（CCD）和燃料噴射器沉積物（FID）是碳氫化合物熱氧化降解的結果，并且與發動機性能的下降直接相關。

 

因此，它們是沉積控制添加劑的主要焦點。流化劑是用于汽油沉積物控制添加劑中的添加劑，其通常以溶劑或稀釋劑的形式增強燃料組合物中的組分相容性。防冰劑旨在減少因汽油蒸發引起的溫度下降而引起的化油器結冰。辛烷值改進劑是汽油中使用的添加劑，可提高辛烷值，因此可防止發動機爆震并減少有害的尾氣排放。在柴油領域，潤滑劑對于確保適當的保護以防止噴射泵產生摩擦磨損和腐蝕磨損至關重要。十六烷值改進劑可提高柴油的可燃性，從而減少燃燒噪聲，發動機振動和煙霧。燃燒調節劑和抑煙劑在提高燃燒效率和減少不必要的煙氣排放方面起著相似的作用。柴油中還摻入了低溫可操作性添加劑，以降低其傾點并增強其在燃油濁點以下的冷流性能。

 

分配添加劑的作用是保護燃料免受運輸和分配過程中可能發生的各種問題的影響。流動改進劑和蠟改性劑解決了低溫下柴油燃料中蠟晶體形成的問題，該問題會阻礙流動并導致過濾器堵塞。腐蝕抑制劑用于最大程度地減少油箱，燃油管線，噴射器和泵的腐蝕。泡沫抑制劑可防止在將柴油泵送至汽車油箱期間形成泡沫，從而有助于防止溢出和不完整的油箱填充。破乳劑可加快乳化燃料中的水分分離，以防止金屬腐蝕和過濾器堵塞。殺菌劑常用于明顯生長微生物的燃料箱中。抗靜電劑可防止在快速泵送燃油期間產生靜電荷。減阻器改善了低粘度燃料的流動特性，并減少了通過管道泵送燃料所需的能量。染料和標記有助于根據生產批次，等級或應用在視覺上或化學上區分燃料產品。

 

最后一類是燃料質量添加劑，其主要功能是維持燃料狀態并防止在存儲過程中降解。氧化抑制劑和穩定劑在減少顏色降解，沉積物形成，濾清器堵塞趨勢以及改善長期燃料存儲穩定性方面起著基本作用。這些添加劑可抵抗大氣中的氧氣，以防止過氧化物和樹膠的形成。金屬減活劑通過與金屬離子螯合并使它們成為無效的催化劑，在防止烴類的氧化降解中起到類似的作用。

 

 

根據美國環保署，典型的乘用車每年排放約4.6公噸的二氧化碳。2由于乘用車占全球估計的12億輛汽車的93％，僅乘用車的碳排放量就攀升至令人擔憂的總量。3自工業革命以來，碳排放量迅速增加，2016年運輸行業的全球溫室氣體排放量約為4.62公噸。4因此，燃料添加劑制造商已集中精力改進其添加劑配方，以滿足燃料經濟性和商業燃料的排放標準。

 

1996年，美國EPA引入了最低添加劑濃度（LAC）標準，該標準要求在美國銷售的所有汽油中必須使用最少量的燃料清潔劑。5但是，許多汽車制造商認為，添加劑的最低含量不能為沉積物積聚及其相關并發癥（如爆震，預點火，不完全燃燒，降低的燃油經濟性和增加的廢氣排放）提供足夠的保護。

 

作為回應，奧迪，寶馬，通用汽車，本田，菲亞特克萊斯勒汽車，豐田，梅賽德斯·奔馳和大眾汽車這八家汽車制造商于2004年成立了頂級汽車制造商。6該自愿性計劃引入了更高的汽油清凈劑添加劑標準，并提高了燃油中合格清凈劑的濃度，以提高燃油質量和優化發動機性能。

 

根據美國汽車協會（AAA）進行的一項研究，與非頂級汽油相比，頂級汽油的使用導致進氣門沉積物（IVD）減少了19倍。進一步的研究表明，長期使用非頂級汽油會降低2-4％的燃油經濟性。7使用頂級汽油的出色結果說服了54家燃料零售商在全球范圍內提供頂級汽油。參與的零售商包括主要參與者，例如埃克森美孚，雪佛龍，BP，殼牌和Sunoco。在這些地點，所有級別的汽油（從常規到高級）都必須符合頂級標準。

 

四乙基鉛（TEL）在商業上用作汽油的辛烷值增強劑，但由于對公共健康的考慮，最終于1996年被美國EPA禁止使用。此后，商業含氧化合物，例如甲基叔丁基醚（MTBE），成為最受歡迎的辛烷值改進劑。MTBE通過增加汽車汽油中的氧氣含量來提高辛烷值，從而促進汽油燃燒并減少尾氣排放。含氧化合物用于重新配制的汽油（RFG）中，以實現更清潔的燃燒和更低的排放，這是1963年《清潔空氣法》在空氣污染嚴重的城市中的要求。但是，美國環保局（EPA）在發現MTBE具有更高的水溶性以及如果地下儲罐發生泄漏而具有污染水源的潛力之后，已于2000年初起草了取消使用MTBE的計劃。

 

當今市場上汽油中最常見的乙醇混合物為10％，稱為E10。汽油中的氧化物含量受到限制，因為它們易于形成沉積物并影響里德蒸氣壓（RVP），后者是衡量汽油和其他石油產品揮發性的常用量度。美國目前對汽油中乙醇的限量為10％，但美國EPA一直在推動全年銷售含15％乙醇（E15）的汽油。E15的銷售被禁止在6月至9月之間進行，因為夏季可能會增加顆粒物的排放。E15的辛烷值是88研究辛烷值（RON），成本低于87辛烷值，但僅獲批準用于撓性燃料汽車和2001年或更新的車型。9可以預期，現任特朗普政府一直在推動的有關E15全年銷售的新立法將使它在更多美國州的供應量增加。

 

 

汽車工業的發展以及由此帶來的全球燃料消耗量的增長推動了燃料添加劑的需求。預計到2021年，美國將在燃料添加劑市場中占主導地位。這是因為美國是全球第二大汽車銷售和生產市場。根據美國能源信息署（EIA）的數據，2019年美國消費了約33.9億桶汽車汽油。同時，交通運輸部門的柴油消耗為11億桶，占該國石油總消耗的15％。11盡管由于全球Covid-19大流行而在2020年出現問題，但預計這些數字將在2021年增長，并且燃料添加劑市場也會相應增長。預計其他市場，例如中國，歐洲，印度和韓國也將增長，盡管電動汽車的增長可能會對燃料需求產生負面影響。

 

過去，更嚴格的環境法規增加了對燃料添加劑的需求。美國環保局在燃料添加劑的監測和商業化中起著關鍵作用。2020年3月，美國EPA和國家公路交通安全管理局（NHTSA）發布了有關乘用車和輕型卡車溫室氣體排放和燃油經濟性要求的新標準。新標準被稱為“安全可負擔得起的燃油效率（SAFE）車輛規則”，新標準受到美國幾個州的法庭質疑，要求汽車制造商從2021年到2026年的模型年將燃油效率每年提高1.5％。到2025年，汽車制造商必須減少CO2排放量低于每英里202克，汽車和輕型卡車的燃油經濟性提高到至少每加侖39.8英里。這項新規定實際上是奧巴馬政府先前制定的每年燃油效率提高5％的標準的一項挫折，目標是到2025年達到每加侖46.7英里。

 

Covid19之后，汽油消費有望再次增加，以滿足不斷發展的汽油發動機技術的需求。當前，由于現代發動機需要更有效的燃料，因此在汽油中使用沉積物控制添加劑和辛烷值改進劑是導致添加劑消耗增加的主要原因。GDI系統已成為帶有內燃機的新型高性能車輛的標準配置。與傳統的進氣口噴射燃油輸送系統相比，GDI發動機將噴射器直接放置在燃燒室內部，可改善燃燒性能，增強性能，延長燃油里程，并減少車輛尾氣排放。但是，由于汽油直接噴入氣缸，因此GDI發動機易于在進氣門上積碳。

 

此外，可再生資源燃料添加劑的開發和商業化有望為燃料添加劑市場帶來新的機遇。法國-德國公司GlobalBioenergies已從生物基異丁烯生產兩種高性能燃料添加劑，即異辛烷和乙基叔丁基醚（ETBE）。異辛烷和ETBE在汽油混合物中用作辛烷值提高值等于或高于100的辛烷值改進劑，可生產出具有更好耐爆震性的高可再生燃料。

 

由于對超低硫柴油的需求不斷增長，因此對柴油添加劑的需求也有望增長。ULSD是一種清潔燃燒的柴油燃料，最大硫含量為百萬分之15（ppm），這有助于開發高壓共軌（HPCR）燃料噴射系統，該系統可顯著提高燃燒效率并大大減少排放。ULSD已啟用排放控制設備的應用，可大大減少柴油燃燒產生的顆粒物和氣體排放。自2006年以來，在美國，對公路車輛一直要求使用ULSD，并最終成為機車，船舶和非道路發動機，燃燒器（家用取暖油）和設備的必需品。

 

但是，自從引入ULSD以來，燃料的潤滑性一直是一個問題，因為硫為柴油提供了自然的潤滑性。此外，超低硫柴油比傳統柴油的水溶性差，這使其易于水分離，微生物污染和加速油箱腐蝕。同樣，使用5-20％的生物柴油混合物會使柴油燃料更容易受到水的污染，這會增加微生物污染的發生率，進而增加過濾器堵塞和加速罐腐蝕的可能性。16因此，ULSD必須添加添加劑，例如潤滑性改進劑和緩蝕劑。這些添加劑改善了ULSD的性能。

 

原定于2021年1月生效的中國，將只允許銷售符合中國VI標準的柴油，該標準要求最高硫含量限制為10ppm。17隨著各國由于對環境問題的日益關注而繼續嚴格其燃料標準，對超低硫柴油的需求必將增加，隨之而來的是柴油添加劑的需求。

 

HPCR燃料噴射和其他先進發動機技術的發展，正在推動對清潔燃料的需求。期望使用添加劑來防止和/或補救水和微生物污染以及防止和/或去除噴射器沉積物。冬季，在某些市場中，低溫可操作性添加劑的使用將繼續增長，而生物柴油混合物的使用將繼續增加。

 

Covid19之后，預計航空燃料的燃料添加劑市場將隨著航空旅行的恢復和航空貨運的增長而穩定增長。根據美國聯邦航空管理局（FAA）的數據，活躍的通用航空機隊預計將略有增長在2020年至2040年之間下降了0.9％，但預計通用航空飛行小時數將增長16％，或每年平均0.7％。18在Covid19之后，隨著全球Covid-19大流行得到控制，隨著2021年全球經濟恢復增長，人們普遍認為航空的長期前景是穩定的，并且盈利能力有望提高。

 

因此，航空燃料及其各自添加劑的消耗應經歷相對增長。常規噴氣燃料基于無鉛煤油（JetA-1）或石腦油-煤油混合物（JetB），它們分別主要用于現代商業客機和軍用飛機。添加劑，如金屬鈍化劑，抗氧化劑和腐蝕抑制劑，通常被添加到噴氣燃料中，以改善熱穩定性，減少風化并增加潤滑性。航空汽油（avgas）是小型飛機和老式活塞發動機飛機使用的另一種航空燃料。19但是，與汽車汽油不同，大多數等級的Avgas仍包含TEL作為辛烷值增強劑，以防止發動機爆震。當前，正在進行一些實驗以消除航空燃料中鉛的使用。因此，未來的航空添加劑可能會朝著這個方向發展。

 

盡管燃料添加劑市場預計將從2021年以后（Covid19之后）增長，但對可持續航空燃料（SAF）的需求增長可能會抑制增長。全球大流行導致經濟衰退。封鎖和社會疏遠導致經濟活動，出行和燃料消耗急劇下降。20此外，對氣候變化的日益關注已將注意力轉移到替代或可再生燃料上。與重新配制的汽油車相比，諸如壓縮天然氣（CNG）車和液化石油氣（LPG）車之類的代用燃料車（AFV）可使尾氣排放降低約60-90％。此外，插電式混合動力電動汽車（PHEV）和全電動汽車（EV）越來越受歡迎。幾個國家早在2030年就已規定了零排放車輛。21中國已主導了全球電動汽車市場，重點是使兩輪/三輪車和城市公交車電氣化，以解決人口稠密城市的空氣質量問題。22歐洲位居第二，電動汽車銷量與CO2相匹配排放標準。美國有些滯后。根據美國EIA的預測，到2021年，替代燃料汽車的預計數量將增加至1,105萬輛，而傳統汽油汽車的預測數量為122,310,000輛。