Czy nanocząstki mogą poradzić sobie z emisją oleju napędowego?

Słabe wyniki emisji silników Diesla skłoniły w ciągu ostatnich kilku lat wiele osób i rządów do wyboru silnika benzynowego w samochodach osobowych – pomimo jego względnej nieefektywności i niskiego zasięgu. Nowoczesne samochody z silnikami wysokoprężnymi emitują mniej toksycznych zanieczyszczeń dzięki ulepszonym metodom filtracji, ale dodatki oparte na nanocząsteczkach mogą być technologią, która utrzymuje silniki wysokoprężne na drogach.

Źródło zdjęcia: Rainer Fuhrmann / Shutterstock.com

Dodatki nanocząsteczkowe dwutlenku krzemu w celu poprawy wydajności i emisji w silnikach wysokoprężnych

Jeden z przykładów nanocząstek, które radzą sobie z emisją oleju napędowego, opisano w niedawnym badaniu przeprowadzonym przez inżynierów z Narodowego Instytutu Technologii Andhra Pradesh w Tadpalgodim w Indiach. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie krzem w 2021 roku.

Naukowcy dodali dwutlenek krzemu (SiO .).₂) Nanocząstki trójpaliwa, które jest mieszanką biopaliw składającą się w 70% z oleju napędowego, 20% z estru metylowego mahua i 10% z pentanolu. Zmierzyli emisje, spalanie i właściwości osiągów paliwa stosowanego w silniku wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem Common Rail.

siu₂ Nanocząstki zmieszano z olejem napędowym w proporcjach 40ppm, 80ppm i 120ppm.

Stwierdzono, że przy 80 ppm domieszkowy olej napędowy wytwarza o 5,4% mniej dymu, o 6,4% mniej węglowodorów i o 10,2% mniej tlenku węgla.

Tlenki azotu (NO_X) głównym powodem spadku popularności pojazdów z silnikiem diesla w ostatnich latach jest rosnąca świadomość zagrożeń dla zdrowia publicznego, jakie stwarzają. Naukowcy zaobserwowali znaczny spadek NO_X emisje.

Zespół zwrócił również uwagę na ulepszenia wydajności, takie jak poprawa sprawności cieplnej hamulców o 8,8% (BTE). W połączeniu z zawartością biomasy w paliwie może to również zmniejszyć zapotrzebowanie na olej napędowy, a ostatecznie na ropę.

Nanocząstki na czele badań nad emisjami oleju napędowego

W literaturze istnieje wiele przykładów nanocząstek poprawiających emisje i ogólną wydajność paliw na bazie oleju napędowego.

W ostatnim numerze Raporty energetycznemiędzynarodowy zespół inżynierów i naukowców zajmujących się ochroną środowiska dokonał przeglądu bardzo szerokiej dziedziny wpływu nanocząstek na emisje oleju napędowego.

Naukowcy z Uniwersytetu Mekele w Mekele w Etiopii, Norweskiego Uniwersytetu Nauk Przyrodniczych w Os w Norwegii oraz Uniwersytetu Sultan Qaboos w Al Khoud w Omanie stwierdzili, że większość właściwości paliwa można poprawić, dodając nanocząsteczki.

W biopaliwach dodatki nanocząsteczkowe powodują stabilne reakcje chemiczne, które mogą pomóc w obniżeniu kosztów produkcji biopaliw. Ogólnie zwiększają BTE w większości zastosowań, a także zmniejszają specyficzne zużycie paliwa (BSFC).

Co ważne, odkryto, że nanocząstki konsekwentnie zmniejszają emisje spalin pod względem zanieczyszczenia zarówno toksycznymi emisjami, jak i gazami cieplarnianymi.

Metody oczyszczania emisji z oleju napędowego za pomocą nanocząstek

dwutlenek węgla (CO₂) Emisje z silników Diesla są zwykle niższe niż z silników benzynowych ze względu na mniej zwinne zasady mechaniczne inżynierów: stosowanie stechiometrycznej mieszanki powietrza i paliwa w celu wychwytywania większej ilości dostępnej energii z atomów węglowodorów (HC) w paliwie.

Jednak zaopatrzenie źródła paliwa w tlen prowadzi do potencjalnie toksycznych i ogólnie szkodliwych emisji, takich jak HC, CO₂Ani_X. Cząstki stałe mają również tendencję do znajdowania się w większych ilościach w emisjach oleju napędowego niż w benzynie, co prowadzi do problemów z oddychaniem u ludzi i innych narażonych zwierząt.

Oprócz zastosowania najlepszych dostępnych technik filtracji, dodanie nanocząstek może zmienić właściwości paliwa, dzięki czemu te szkodliwe emisje zostaną zredukowane.

Biopaliwa, takie jak Triple Diesel i Biodiesel, pomagają przezwyciężyć niektóre z tych wyzwań. Na przykład w większości tych podstawień materia cząsteczkowa zmniejsza masę i liczbę cząstek.

Jednak wciąż istnieją pewne wyzwania. numer_X Emisje z nieprzetworzonego biodiesla faktycznie wzrastają ze względu na zwiększoną zawartość tlenu w paliwie.

Dodatek nanorurek węglowych (CNT) do biodiesla zmniejsza NO_X Emisje 9,2%, węglowodory 6,7%, dwutlenek węgla₂ o 5,9%, a palenie o 7,8%. Wyniki te obserwuje się w zastosowaniu w wolnossącym jednocylindrowym, czterosuwowym silniku wysokoprężnym pracującym z prędkością 1500 obrotów na minutę (obr/min) przy różnych obciążeniach silnika.

Kolejny eksperyment wykazał, że dodatek dwutlenku tytanu (TiO₂) Nanocząstki biodiesla na bazie Bongamia przy 100 ppm spowodowały redukcję NOx_XHC, CO₂a emisja dymu odpowiednio o 3,8%, 2,1%, 1,9% i 2,7%.

tlenek glinu (Al₂a₃) Nanocząstki zmieszane z biodieslem B20 spowodowały zmniejszenie wszystkich emisji spalin, w tym o około 55% mniej HC i 75% mniej dwutlenku węgla.₂. Te ważne wyniki przypisuje się poprawom w przenoszeniu masy i promieniowaniu cieplnemu spowodowanemu przetwarzaniem nanocząstek.

Inne badanie wykazało, że tlenek miedzi (CuO) i tlenek rodu (Rh₂a₃), nanorurki węglowe, węglik glinu (Al₄c₃) i dwutlenek tytanu (TiO₂) oraz grafen i płyny żelazne do zwykłego oleju napędowego doprowadziły do ​​zmniejszenia emisji wszystkich spalin.

Na te wyniki ma oczywiście wpływ wiele czynników innych niż różne nanocząstki. Marka i model badanego silnika, rodzaj paliwa, współczynniki stężeń, warunki pracy silnika, cykle pracy, metody i urządzenia stosowane do badań.

Czytaj dalej: Czy nanocząsteczkowe dodatki do paliw mogą dać nadzieję dla silników na paliwa kopalne?

Referencje i dodatkowe lektury

Badir, MG, i in. (2021). Rola nanocząstek w produkcji biopaliw i jako dodatek w trójpaliwowym silniku wysokoprężnym: przegląd. Raporty energetyczne. doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.084.

Ramachander, R., SK Guugulothu i GRK Sastry (2021). Charakterystyka wydajności i redukcji emisji metali na bazie krzemu₂ Dodatki nanocząstek zmieszane z potrójnym paliwem (diesel-MME-pentanol) w silniku wysokoprężnym CRDI. krzem. doi.org/10.1007/s12633-021-01024-4.

sylvanayagam, chłopak, i inni. (2022). Przegląd nanocząstek mieszanych z olejem napędowym w celu poprawy właściwości spalania i zmniejszenia emisji silnika wysokoprężnego. Dzisiejsze artykuły: Akcje. doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.828.

Zastrzeżenie: Wyrażone tutaj opinie są opiniami autora, które zostały wyrażone we własnym imieniu i niekoniecznie reprezentują opinie AZOM.com Limited T/A AZONetwork jest właścicielem i operatorem tej witryny. Niniejsze wyłączenie odpowiedzialności stanowi część warunków korzystania z tej witryny.