تاثیر مخلوط اتانول و گازوییل در موتورهای دیزلی

موتورهای دیزلی علی رغم راندمان حرارتی بالا و مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه ای کمتر نسبت به موتورهای بنزینی، به دلیل ویژگی های احتراق نفوذی و مصرف هوای کمتر، میزان زیادی ذرات معلق و دود تولید می کنند و به علت دمای بالای محفظه احتراق، NOx زیادتری منتشر می نمایند.

 اثرات سوء زیست محیطی ناشی از استفاده گسترده از موتورهای دیزلی، تدوین استانداردهای سخت گیرانه برای محدوده مجاز آلاینده های منتشره از خودروهای دیزلی را ضروری ساخته است.  در سالهای اخیر استفاده از الکل، به عنوان سوخت موتورهای درون سوز به تنهایی و یا به صورت ترکیب باسایر سوخت­ها به دلیل مزایای زیست محیطی و اقتصادی درازمدت نسبت به سوخت های فسیلی، بیشترین توجه را به خود جلب نموده است.

متانول و اتانول برای این منظور مناسب هستند و می توان این الکل ها را به گاز طبیعی تبدیل نمود.

در این­میان اتانول اهمیت بیشتری دارد و به عنوان یک سوخت تجدید پذیر به آسانی از مواد آلی همچون دانه های گیاهی و یا چغندر قند به دست می آید.

در برزیل اتانول را از نیشکر و در ایالات متحده از ذرت به دست می آورند.

مخلوط اتانول – دیزل یک سوخت جایگزین مناسب با احتراق پاک تر نسبت به گازوییل معمولی می باشد. اتانول یک ترکیب اکسیژنه سازگار با سوخت دیزل است ولی به راحتی با آن مخلوط نمی شود. در محیطهای گرم، اتانول بدون آب با سوخت دیزل مخلوط می شود، ولی در دمای کمتر از C° ۱۰، اتانول و گازوییل از هم جدا می شوند.

روش مخلوط­نمودن اتانول و گازوئیل

الف) استفاده از امولسیفایرهایی که بتوانند قطرات کوچک اتانول را درون سوخت دیزل معلق نگه دارند

 ب) تهیه مخلوط همگن به وسیله افزودن یک کمک حلال به منظور ایجاد سازگاری بین پیوندهای ملکولی آنها معمولا امولسیون سازی در مراحل اختلاط به حرارت نیاز دارد ولی با استفاده از کمک حلال ها به راحتی با تکان خوردن مخلوط می شوند

 ج) میکرو امولسیونها مخلوطی از اتانول آبدار، سوخت دیزل و ماده فعال سطحی بسیار ریز و شفاف هستند. این مخلوط بسرعت و با تکان اندک تشکیل میشود

فواید افزودن اتانول به گازوئیل

اتانول حاوی ۳۵٪ اکسیژن است که می تواند در کاهش دود، ذرات معلق، اکسیدهای ازت و منوکسید کربن منتشره از موتورهای دیزلی موثر باشد. هدف از این مقاله ارزیابی عملکرد سوخت مخلوط پایدار و شفاف گازوییل اتانول به کمک مواد افزودنی در موتور دیزل می­باشد.

در حال حاضر به دلیل پیشرفت در زمینه مواد افزودنی، تجاری شدن E-Diesel امکان پذیر شده است.

بر اساس تحقیقات شرکت انرژی پاک و ماده افزودنی (puranol) با اختلاط تلاطمی به اتانول اجازه اختلاط شفاف را می دهد. طبق ادعای این شرکت، براساس آزمایشات میدانی و آزمایشگاهی ذرات معلق (PM)، منوکسید کربن و اکسیدهای ازت نسبت به گازوییل معمولی به ترتیب حدود ۴۱٪، ۲۷٪ و ۵% کاهش داشته است.

تحقیقاتی در دانمارک بر روی یک دستگاه کامیون اسکانیا با ٪۱۰ اتانول در گازوییل نشان داد که ذرات معلق، منوکسید کربن و اکسیدهای ازت نسبت به گازوییل معمولی

به ترتیب ۳۱، ۲۹٪ و ۵٪ کاهش پیدا کرده است. مصرف سوخت حدود ۲٫۲٪ افزایش یافته و حداکثر توان موتور تقریبا ۷٪ کاهش داشت .

فرمولاسیون مخلوط اتانول و گازوئیل

 از بین سوختهای مخلوط فرموله شده با اتانول تجاری ۹۶٪ و گازوییل معمولی، فرمولاسیونی که در دمای پایین کاملا شفاف و پایدار بود و مشخصات لازم برای استفاده در موتور را داشت، به شرح ترکیب وزنی ذیل انتخاب شد:

  • گازوییل معمولی۸۰٪
  • اتانول۱۰٪
  • مواد افزودنی۱۰٪

این فرمولاسیون حاوی مواد افزودنی، علاوه بر پایدار بودن در مدت زمان طولانی، با استفاده از مواد اولیه در دسترس و سازگار با محیط زیست تهیه شده است. برای بررسی اندازه قطرات سوخت نانو امولسیون از دستگاه زتا پتانسیل استفاده گردید و قطر قطرات در حدود nm۲/۵ به دست آمد.

آزمایش دیگری نیز در همین زمینه توسط پژوهشکده توسعه و بهینه سازی انرژی بر روی موتور بنز OM314  در حالت تمام بار صورت گرفت. نتایج این آزمایش هم بسیار با دیگر موارد مشابهت داشت.

جدول زیر تجزیه و تحلیل این ارزیابی را نمایش می دهد

اگر چه که ترکیب اتانول روی توان موتور اثر سو گذاشته است ولی میزان تاثیر گذاری روی آلایندگی و دود خروجی بسیار چشم گیر است.از اثرات نا مطلوب دیگر هم می­توان به مصرف سوخت اشاره نمود. البته باید دقت داشت افت توان و ازدیاد مصرف سوخت در دور موتور بالا به حداقل رسیده است.

نتایج به صراحت بهبود عملکرد در استفاده از اتانول در ترکیب با دیزل را نشان می­دهند.