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Aug 06, 2023

Influenza della miscela di carburante diesel idrogenato/H2O2 sulle prestazioni del motore diesel e sulla caratterizzazione delle emissioni di scarico

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 836 (2023) Citare questo articolo

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L'idrodiesel ossigenato (OHD) è preparato da perossido di idrogeno (H2O2), acetone e polisaccaride di alghe marine. È stato effettuato uno studio a lungo termine sulla stabilità della miscela di carburante OHD per circa un anno a varie temperature. La stabilità a lungo termine mostra proprietà molto stabili, nessuna facile rottura dell'emulsione e un lungo periodo di conservazione. Il test sulle prestazioni del diesel puro e della miscela di carburante è stato condotto a vari regimi del motore, 1.700–3.100 giri/min. per la miscela diesel con il 5% in peso e il 10% in peso. La percentuale di H2O2 ha rivelato la frazione migliore per ridurre fumi ed emissioni. La miscela contiene il 15% in peso di H2O2, rivelando una significativa riduzione della temperatura di scarico senza considerare le prestazioni del motore. Inoltre, le prestazioni dell'OHD hanno rivelato anche un tasso di risparmio, diminuendo l'inquinamento ambientale e prolungando la vita utile del motore. Le prestazioni del motore diesel e la valutazione ambientale che portano alla caratterizzazione delle emissioni di scarico (\({\mathrm{CO}}_{\mathrm{X}}\), \({\mathrm{SO}}_{\mathrm{X}} , {\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\), e altri). Sulla base dei risultati, le diverse concentrazioni di H2O2 rappresentano un metodo efficace per ridurre le emissioni dei motori diesel. Sono state osservate anche diminuzioni di CO, SO2, idrocarburi incombusti e NO2 come percentuali di H2O2. A causa dell'aumento del contenuto di ossigeno, del contenuto di acqua e del numero di cetano, il numero di idrocarburi incombusti del carburante diesel è diminuito con l'aggiunta di H2O2. Pertanto, la miscela OHD può ridurre in modo significativo le emissioni di gas di scarico del carburante diesel convenzionale, contribuendo a ridurre le emissioni nocive di gas serra provenienti dalle fonti di carburante diesel.

Nel settore dei combustibili fossili, l’utilizzo del diesel è piuttosto significativo, ad esempio nei trasporti, nei veicoli pesanti e leggeri, nelle spedizioni e in numerose pratiche agricole e industriali1,2. Inoltre, grazie al suo notevole potenziale energetico, i combustibili diesel vengono utilizzati anche nella produzione di energia su larga scala e nei sistemi di riscaldamento residenziale. Il motore diesel è generalmente considerato il più potente tra tutti i tipi di motore a combustione interna. Sebbene i poteri calorifici predefiniti del carburante diesel possano essere inferiori rispetto ad altri combustibili derivati ​​dal petrolio, è stato dimostrato che ha una maggiore capacità calorifica nella struttura del motore. Inoltre, il carburante diesel offre una straordinaria potenza di comando, un efficiente risparmio di carburante e un ciclo di vita e una consistenza considerevolmente più elevati3,4,5.

Indipendentemente dal carburante con le migliori prestazioni, il diesel è uno dei responsabili più significativi degli inquinanti rilasciati dai veicoli su strada e fuoristrada e dai motori diesel marini su larga scala6,7. Di conseguenza, è stata posta molta enfasi sul miglioramento dei carburanti diesel, nonché su indagini teoriche e pratiche sulla relazione tra NOx, COx e emissioni di idrocarburi, nonché sulle emissioni di materiali condensati come il particolato (PM) e la fuliggine8. Le emissioni generate da un motore sono determinate dalle condizioni operative e dal tipo di carburante utilizzato, come mostrato nell'appendice 1, che fornisce le emissioni principali dei motori diesel comprendenti NOx, SOx, CO, VOC, NO2, NO e CO26,9.

Tuttavia, oltre ad altri fattori di emissione, un altro fattore critico è il contenuto di zolfo nel carburante diesel. Le maggiori restrizioni sul carburante diesel hanno avuto conseguenze considerevoli sulla pulizia dei gas di scarico. Il contenuto di zolfo del carburante diesel è ora limitato a 15 parti per milione (ppm) mentre in precedenza era pari a 400–550 ppm (EURO diesel I e ​​EURO II)10,11. La Figura 1 illustra le attuali limitazioni del contenuto di zolfo nel carburante diesel pulito.

Limitazioni recenti del contenuto di zolfo nel carburante diesel pulito11,12.

La proprietà fondamentale del carburante diesel è il numero di cetano che influisce sul ritardo di accensione alla combustione13,14,15. Il carburante contenente un numero di cetano più elevato migliora il processo di combustione durante il funzionamento16. Tuttavia, la crescente preoccupazione per la protezione ambientale e le rigorose normative governative sulle emissioni di scarico per ridurre l’inquinamento hanno innescato un aumento significativo della ricerca sullo sviluppo dei motori17. La riduzione simultanea del particolato (PM) e \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\), in particolare negli standard Euro VI, è problematica a causa di una relazione inversa tra \({\mathrm{NO}} _{\mathrm{X}}\) e PM18. Numerosi ricercatori si dedicano allo sviluppo di tecnologie di post-trattamento nuove o migliorate per ridurre le emissioni di \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}},\) di PM e di composti organici volatili non metanici (COVNM)19,20, 21,22. La riduzione catalitica selettiva (SCR) è la tecnologia di controllo attivo delle emissioni più sofisticata utilizzata efficacemente nei veicoli con motore diesel23,24. L'SCR utilizza un catalizzatore monolitico per convertire gli NOx in acqua (H2O) e azoto biatomico (N2)7.