Valutazione delle prestazioni del motore e delle emissioni di tensioattivo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10599 (2023) Citare questo articolo

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La Malesia è uno dei principali esportatori di olio di palma e, sebbene attualmente si trovi ad affrontare una forte resistenza nei confronti delle importazioni di olio di palma in alcune parti del mondo, uno dei modi per utilizzare questo prodotto è aumentare il contenuto di biodiesel di palma nel diesel commerciale locale. Tuttavia, a causa della natura ricca di ossigeno del biodiesel, il suo utilizzo risente di una maggiore emissione di ossidi di azoto (NOx) rispetto al diesel convenzionale. Per mitigare questo problema e migliorare le prestazioni e le emissioni dei motori diesel utilizzando miscele biodiesel-diesel, questo studio ha tentato di studiare l'implementazione di un sistema di alimentazione di carburante in emulsione non tensioattiva in tempo reale (RTES) che produce emulsione acqua in diesel come carburante senza tensioattivi . La capacità di riduzione degli NOx dell'acqua nel diesel prodotto da RTES è stata ben documentata. Pertanto, in questo studio, come combustibile di base è stato utilizzato il 30% di biodiesel-diesel (B30), mentre le emulsioni derivate dal B30 costituite dal 10% in peso, 15% in peso e 20% in peso di acqua sono state fornite in un motore da 100 kVA, 5,9 litri Generatore elettrico con motore diesel turbocompresso Common Rail. Il consumo di carburante e le emissioni di scarico sono stati misurati e confrontati con il carburante diesel malese di bassa qualità (D2M) disponibile in commercio. Le prove suggeriscono che il biodiesel-diesel B30 emulsionato prodotto da RTES è in grado di aumentare l'efficienza termica dei freni (BTE) fino a un massimo del 36% e di ridurre il consumo specifico di carburante dei freni (BSFC) fino all'8,70%. Inoltre, le emulsioni biodiesel-diesel B30 hanno prodotto significativamente meno NOx, monossido di carbonio e fumo a carichi elevati del motore. In conclusione, le emulsioni biodiesel-diesel B30 possono essere facilmente utilizzate negli attuali motori diesel senza compromettere prestazioni ed emissioni.

La Malesia è uno dei principali esportatori di olio di palma ed è in grado di produrre il proprio biodiesel da olio di palma. Tuttavia, poiché l’Unione Europea (UE) sta diventando sempre più ostile nei confronti delle importazioni di olio di palma1,2, la Malesia deve trovare modi per utilizzare appieno questo prodotto nel mercato interno. Uno dei modi più promettenti per aumentare l’utilizzo dell’olio di palma è aumentare il contenuto di biodiesel a base di olio di palma nel diesel domestico. Dal 2010, la Malesia ha aumentato la percentuale di contenuto di biodiesel nel carburante diesel domestico dal 5 al 10% in volume. Il 12° Piano della Malesia (RMK-12) ha fissato l’obiettivo di imporre il 30% in volume di miscela biodiesel-diesel (B30) nel carburante diesel domestico entro il 20253. Ad oggi, il diesel disponibile in commercio venduto nelle stazioni di servizio a livello nazionale è costituito da Biodiesel-diesel al 7% in volume (B7) o al 10% in volume (B10). Tuttavia, tali sforzi suscitano preoccupazione tra i produttori di motori e tra i proprietari di veicoli commerciali e privati ​​su come questa implementazione influenzi i costi e l’efficienza del carburante, nonché le prestazioni e la durata del motore.

Il costo di produzione del biodiesel è più elevato rispetto al carburante diesel convenzionale a base di petrolio4, pertanto l’aumento del contenuto di biodiesel nelle miscele di carburante biodiesel-diesel comporterà un aumento dei costi di produzione del carburante. A livello nazionale, in Malesia, il governo ha imposto per decenni un programma di sussidi su larga scala sui prezzi dei carburanti5 che potrebbe essere in grado di assorbire l’aumento dei prezzi delle crescenti miscele di carburanti biodiesel-diesel, stabilizzando così il prezzo di mercato del diesel commerciale. Tuttavia, all’aumentare del contenuto di biodiesel nel carburante biodiesel-diesel, il potere calorifico complessivo per volume si ridurrà a causa del fatto che i biodiesel possiedono un potere calorifico (CV) inferiore rispetto al diesel a base di petrolio. Ciò comporterà un aumento del consumo di carburante poiché sarà necessario consumare più carburante per produrre la stessa quantità di energia del diesel convenzionale a base di petrolio. Inoltre, anche il consumo di carburante potrebbe aumentare poiché il biodiesel possiede una viscosità più elevata che potrebbe portare a un pompaggio del carburante e a un comportamento di spruzzatura inadeguati6.

Il biodiesel in generale possiede una viscosità cinematica e una densità più elevate rispetto al diesel convenzionale7. Questi fattori influenzano l'atomizzazione e il trascinamento delle goccioline di carburante quando iniettate nella camera di combustione. Tuttavia, in un moderno motore diesel dotato di un sistema di iniezione common rail, si sostiene che gli effetti delle proprietà sopra menzionate fossero piuttosto insignificanti. Questo perché l'iniezione di carburante ad alta pressione introdotta dal sistema di iniezione del carburante Common Rail consente una migliore atomizzazione ed evaporazione delle goccioline di carburante, migliorando quindi il processo di combustione8. Tuttavia, il biodiesel emette emissioni più elevate di ossidi di azoto (NOx) se si tengono conto dei ritardi di accensione più lunghi causati da temperature di combustione di picco più elevate come risultato di un contenuto di ossigeno più elevato nel biodiesel9. Inoltre, a causa del CV inferiore del biodiesel, il consumo di carburante è notevolmente più elevato rispetto al diesel convenzionale. Numerose ricerche hanno documentato un consumo di carburante più elevato quando si utilizzano varie miscele di biodiesel nei motori diesel a iniezione common rail10,11,12.