Физические свойства, характеристики двигателя и выбросы выхлопных газов смесей отработанного рыбьего жира биодизель/биоэтанол/дизельное топливо

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14024 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В текущем исследовании были исследованы физико-химические характеристики, характеристики двигателя и выбросы выхлопных газов различных тройных топливных смесей, содержащих отработанный рыбий жир (WFO), биодизельное топливо, биоэтанол и нефтедизельное топливо. Биодизель WFO был приготовлен из отходов рыбьего жира методом переэтерификации. Различные физико-химические свойства, включая кинематическую вязкость, плотность, температуру вспышки, температуру застывания, температуру помутнения и теплоту сгорания, были измерены для различных топливных смесей и сравнены с чистым бензиновым дизельным топливом. Производительность и выбросы выхлопных газов двигателя были также изучены при использовании различных топливных смесей с использованием одноцилиндрового дизельного двигателя в режиме полной нагрузки при 1800 об/мин. Установлено, что крутящий момент двигателя, мощность двигателя и термический КПД тройных топливных смесей снижаются в среднем на 2,45%, 9,25%, 2,35% по сравнению с чистым бензиновым дизелем соответственно. Средний перерывный удельный расход топлива также увеличился на 10,44% по сравнению с чистым бензиновым дизелем. Также были измерены выбросы оксида углерода (CO), диоксида углерода (CO2), несгоревших углеводородов (UHC) и оксидов азота (NOx). Также было обнаружено, что использование тройных топливных смесей приводит к значительному сокращению выбросов CO и UHC в среднем на 50,55% и 43,87% по сравнению с чистым бензиновым дизельным топливом соответственно. Выбросы NOx также увеличились в среднем на 28,25% по сравнению с чистым бензиновым дизельным топливом. Также было обнаружено, что выбросы NOx можно регулировать путем настройки содержания биодизеля WFO и биоэтанола в тройных топливных смесях.

Истощение ресурсов ископаемого топлива, загрязнения, вызванные сжиганием ископаемого топлива, такие как оксиды углерода (COx), оксиды азота (NOx), несгоревшие углеводороды (UHC), выбросы твердых частиц (PM), являются наиболее важными проблемами использования ископаемого топлива1. ,2. Поэтому исследователи всегда ищут подходящие альтернативы ископаемому топливу. Солнечная энергия, энергия ветра, энергия волн и геотермальная энергия являются интересными возобновляемыми источниками энергии. Биотопливо как один из возобновляемых источников энергии может применяться в аналогичных приложениях ископаемого топлива, поскольку характеристики биотоплива могут быть аналогичны характеристикам дизельного топлива. В зависимости от типа биотоплива и его применения биотопливо может использоваться отдельно или в сочетании с ископаемым топливом. Например, чистый биодизель можно применять в системе сгорания котла, а смесь биодизеля и нефтедизеля можно применять в двигателе внутреннего сгорания3,4,5,6.

Биоэтанол — это возобновляемое и экологически чистое биотопливо, которое можно производить из сахара, крахмала и целлюлозы посредством процессов ферментации и гидролиза6. Различное сырье, такое как сахар, кукуруза, пшеница, картофель, стебли, сено, сельскохозяйственные отходы, патока, макроводоросли, микроводоросли и морские водоросли, являются потенциальным сырьем для производства биоэтанола7,8. Такое сырье, как сахар, кукуруза и картофель, представляют собой съедобные ресурсы, которые относятся к сырью первого поколения для производства биотоплива, которое не рекомендуется для производства биоэтанола из-за споров о еде и топливе. Использование сельскохозяйственных отходов, патоки, макроводорослей, микроводорослей и морских водорослей в качестве сырья для биотоплива может стать подходящим решением этой проблемы9. Биоэтанол нельзя использовать в качестве отдельного топлива в дизельных двигателях, его следует смешивать с бензиновым дизелем1,10. Использование топлива, смешанного с дизельным топливом и биоэтанолом, имеет некоторые преимущества, такие как увеличение скорости сгорания предварительно смешанной смеси, улучшение термического КПД, а также снижение выбросов дыма1. Однако существуют некоторые проблемы при добавлении биоэтанола в дизельное топливо, такие как ограниченная растворимость биоэтанола в дизельном топливе, возможное разделение топливных фаз в холодных условиях и негативное влияние биоэтанола на некоторые характеристики топлива, такие как цетановое число, теплота сгорания и температура вспышки11,12. Добавление эмульгаторов или сорастворителей рекомендуется для решения проблемы разделения фаз в топливной смеси дизельного топлива и биоэтанола. Среди различных потенциальных сорастворителей рекомендуется применение сложных эфиров, поскольку сложные эфиры могут улучшить свойства смеси и компенсировать негативное воздействие биоэтанола на топливную смесь10,13.