本文首次发表于2022年3月版更新，是SAE成员杂志。
每年，超过1000万人——这大约是纽约市的人口——因为暴露在化石燃料燃烧产生的细颗粒中而过早死亡。也被称为PM2.5，表示尺寸小于2.5微米，这些颗粒比人类头发直径小30倍。小尺寸有助于这些颗粒深入肺部，造成一系列心血管健康影响，并允许它们被运送到其他器官。最近，纳米颗粒甚至在脑细胞中被发现，它们增加了中风、痴呆和其他各种负面健康影响的风险。不幸的是，这些健康影响主要由生活在污染水平较高的高速公路附近的贫困社区、有色人种和少数民族承受。
考虑到对健康的不利影响，世界卫生组织(WHO)最近建议将PM2.5减少50%(从10微克/米降至5微克/米)3.)的水平来保证空气健康。美国环境保护署(EPA)也在考虑将PM2.5年度国家环境空气质量标准(NAAQS)从目前的12微克/立方米下调3.至8 - 10mcg /m3.．
我们有什么工具来消除尾气微粒?二十年来，所有现代柴油发动机驱动的汽车和卡车都配备了柴油微粒过滤器(DPFs)，从而大大减少了烟尘排放。然而，由于采用了直喷技术，现代汽油车的微粒排放实际上有所增加。因此，欧洲和中国出台了微粒数量规定，强制在现代轻型汽车和卡车上使用“汽油微粒过滤器”，从而大大减少了尾气排放。GPFs的基本工作原理与柴油滤清器非常相似，但在材料和孔隙度设计上进行了改变，以适应应用的不同。
如侧边栏图像所示，滤波器是蜂窝结构，通道在交替的两端插入棋盘图案。这些堵塞的通道迫使气体流过多孔的壁面，这些壁面会聚集烟灰。这些“壁流”过滤器主要由堇青石制成，因为这种材料具有优异的抗热震性和快速加热。它们被添加在“紧耦合”或“底板”位置，这是指与发动机的距离，可以在裸状态下部署，也可以用三向催化剂涂层催化，以实现除高过滤外的气体转化。
因此，康宁推出了两个产品系列:DuraTrap GC系列，气孔率为~55%，电池设计为200/8，用于非催化应用;DuraTrap GC HP系列，气孔率为~65%，电池设计为300/8，用于催化应用。“300/8”设计指的是电池密度为每平方英寸300个电池，壁厚为8密耳。
市售过滤器已经提供了很高的过滤效率。更高级别的过滤产品正在开发中，以满足即将到来的欧7标准，该标准将涵盖现实世界的极端驾驶条件，并包括低至10纳米的颗粒。新的过滤器将具有新颖的分层孔结构，在新鲜和清洁的状态下保证非常高的过滤效率，没有任何烟尘或灰。
过滤的增加通常伴随着压降的增加，但使用这种技术，额外的过滤带来的压降损失很小。事实上，在烟尘积聚的情况下，新型GPFs的压降更低。与发动机和催化剂不同，过滤器的性能只会随着行驶里程的增加而提高。
在排放控制系统中加入GPF还有其他好处。对烟灰颗粒的分析表明，存在吸附的致癌多芳烃(PAHs)，不完全燃烧的产物。经催化的GPFs可去除>99%的多环芳烃。此外，烟尘颗粒的大部分成分(>75%)是黑碳，黑碳是一种温室气体，其全球变暖潜能值是二氧化碳的3200倍2．因此，过滤器有助于减少尾气排放对气候变化的影响。
世界各地的政策制定者都在寻求将车队转变为零尾气排放的电动汽车，因此，我们是否应该投资于内燃机(ice)的额外技术，这是一个公平的问题。值得注意的是，仅在美国，每年就有1500万辆汽车售出，而纯电动汽车仅占该市场的3%。假设到2035年销售的所有车辆都是电动的，计算表明，在未来20年里，GPFs可以帮助减少近3万吨的颗粒物排放。这表明需要采取务实的方法，增加最佳可用，具有成本效益和经过验证的技术，使ICE车队尽可能清洁。
不幸的是，传统上在制定尾气排放标准方面处于世界领先地位的美国在这个问题上落后了。当前基于质量的标准并不强制执行gpf。这导致在欧洲和中国销售的类似车型带有过滤器，而在美国销售的车型没有过滤器。即将出台的法规有望解决这一问题。如果配备先进的排放控制技术，现代内燃机汽车可以达到接近零排放的水平。事实上，在道路上的测量表明，安装了过滤器的车辆的尾气颗粒排放量可以低于污染严重的城市的环境浓度。在某些地方，你的汽车排出的废气比周围的空气更清洁——对我来说，这听起来像是进步!
