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Aug 06, 2023

Influência da mistura de combustível diesel hidrogenado/H2O2 no desempenho do motor diesel e na caracterização das emissões de escapamento

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 836 (2023) Citar este artigo

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O hidro diesel oxigenado (OHD) é preparado a partir de peróxido de hidrogênio (H2O2), acetona e polissacarídeo de algas marinhas. Um estudo de longo prazo foi realizado sobre a estabilidade da mistura de combustível OHD por cerca de um ano em várias temperaturas. A estabilidade a longo prazo mostra propriedades muito estáveis, sem fácil quebra de emulsão e um longo período de armazenamento. O teste de desempenho do diesel puro e da mistura de combustível foi realizado em várias velocidades do motor, 1700–3100 RPM, a mistura de diesel com 5% em peso e 10% em peso. % de H2O2 revelou a melhor fração para redução de fumaça e emissões. A mistura contém 15% em peso de H2O2, revelando uma redução significativa na temperatura de exaustão sem considerar o desempenho do motor. Além disso, o desempenho do OHD também revelou uma taxa de economia, diminuindo a poluição ambiental e prolongando a vida útil do motor. O desempenho do motor diesel e a avaliação ambiental conducente à caracterização das emissões de gases de escape (\({\mathrm{CO}}_{\mathrm{X}}\), \({\mathrm{SO}}_{\mathrm{X}} , {\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\), e outros). Com base nos resultados, as várias concentrações de H2O2 são um método eficaz para reduzir a emissão de motores a diesel. Diminuição de CO, SO2, hidrocarbonetos não queimados e NO2 também foram observados como porcentagens de H2O2. Devido ao aumento do teor de oxigênio, teor de água e número de cetano, o número de hidrocarbonetos não queimados do óleo diesel diminuiu com a adição de H2O2. Portanto, a mistura OHD pode reduzir significativamente a emissão de escape do combustível diesel convencional, o que ajudará a reduzir as emissões prejudiciais de gases de efeito estufa provenientes de fontes de combustível diesel.

Nos combustíveis fósseis, o uso do diesel é bastante significativo, como nos transportes, veículos leves e pesados, na navegação e em inúmeras práticas agrícolas e industriais1,2. Além disso, devido ao seu notável potencial energético, os combustíveis diesel também são utilizados na geração de energia em larga escala e em sistemas de aquecimento residencial. O motor a diesel é geralmente considerado o mais potente de todos os tipos de motores de combustão interna. Embora os valores caloríficos padrão do combustível diesel possam ser mais baixos do que outros combustíveis derivados do petróleo, ele provou ter maior proficiência calorífica na estrutura do motor. Além disso, o óleo diesel lidera um poder de comando extraordinário, economia de combustível eficiente e ciclo de vida e consistência consideravelmente maiores3,4,5.

Independentemente do combustível de melhor desempenho, o diesel é um dos contribuintes mais significativos de poluentes liberados por veículos on-road e off-road e motores a diesel marítimos de grande porte6,7. Como resultado, muita ênfase tem sido colocada na melhoria dos combustíveis diesel, bem como em investigações teóricas e práticas sobre a relação entre NOx, COx e emissões de hidrocarbonetos, bem como emissões de material condensado, como material particulado (PM) e fuligem8. As emissões provenientes de um motor são determinadas pelas condições de operação e pelo tipo de combustível utilizado, conforme mostrado no Apêndice 1, que fornece as principais emissões dos motores a diesel compreendendo NOx, SOx, CO, VOC, NO2, NO e CO26,9.

No entanto, além de outros fatores de emissão, outro fator crítico é o teor de enxofre no óleo diesel. O aumento das restrições ao combustível diesel teve uma consequência considerável na limpeza do escapamento. O teor de enxofre do combustível diesel está agora limitado a 15 partes por milhão (ppm), quando anteriormente era de 400 a 550 ppm (EURO diesel I e ​​EURO II)10,11. A Figura 1 ilustra as limitações atuais dos teores de enxofre no combustível diesel limpo.

Limitações recentes dos teores de enxofre no óleo diesel limpo11,12.

A propriedade crítica do óleo diesel é seu número de cetano, que afeta o retardo da ignição para a combustão13,14,15. O combustível que contém um número de cetano maior melhora o processo de combustão durante a operação16. No entanto, a crescente preocupação com a proteção ambiental e os rigorosos regulamentos governamentais sobre emissões de escape para reduzir a poluição provocaram um aumento significativo na pesquisa de desenvolvimento de motores17. A redução simultânea de material particulado (PM) e \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\) particularmente nos padrões Euro VI é problemática devido a uma relação inversa entre \({\mathrm{NO}} _{\mathrm{X}}\) e PM18. Numerosos pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de tecnologia de pós-tratamento nova ou aprimorada para reduzir as emissões de \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}},\) PM e compostos orgânicos voláteis não metânicos (NMVOC)19,20, 21,22. A Redução Catalítica Seletiva (SCR) é a mais sofisticada tecnologia de controle de emissões ativas utilizada efetivamente em veículos com motor a diesel23,24. O SCR usa um catalisador monolítico para converter NOx em água (H2O) e nitrogênio diatômico (N2)7.