Proprietà fisiche, prestazioni del motore ed emissioni di scarico delle miscele di biodiesel/bioetanolo/carburante diesel di olio di pesce di scarto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14024 (2023) Citare questo articolo

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Nel presente studio sono stati studiati i parametri fisico-chimici, le prestazioni del motore e le emissioni di scarico di diverse miscele di combustibili ternari contenenti biodiesel, bioetanolo e petro-diesel di olio di pesce di scarto (WFO). Il biodiesel WFO è stato preparato dall'olio di pesce esausto tramite il metodo di transesterificazione. Diverse proprietà fisico-chimiche tra cui la viscosità cinematica, la densità, il punto di infiammabilità, il punto di scorrimento, il punto di intorbidimento e il potere calorifico sono state misurate per diverse miscele di combustibili e confrontate con il petro-diesel puro. Sono state inoltre studiate le prestazioni e le emissioni di scarico del motore utilizzando diverse miscele di carburante utilizzando un motore diesel monocilindrico a pieno carico a 1800 giri/min. È stato riscontrato che la coppia del motore, la potenza del motore e l'efficienza termica delle miscele di carburante ternarie erano ridotte in media del 2,45%, 9,25%, 2,35% rispetto al petro-diesel puro, rispettivamente. Anche il consumo medio di carburante specifico per la pausa è aumentato del 10,44% rispetto al diesel puro. Sono state misurate anche le emissioni di monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2), idrocarburi incombusti (UHC) e ossidi di azoto (NOx). È stato inoltre riscontrato che l’utilizzo di miscele di combustibili ternarie comporta una notevole riduzione delle emissioni di CO e UHC del 50,55% e del 43,87% in media rispetto al petro-diesel puro, rispettivamente. Anche le emissioni di NOx sono aumentate in media del 28,25% rispetto al petrodiesel puro. Si è inoltre scoperto che l'emissione di NOx può essere regolata regolando il contenuto di biodiesel e bioetanolo del WFO delle miscele di combustibili ternari.

L'esaurimento delle risorse di combustibili fossili, l'inquinamento causato dalla combustione di combustibili fossili come ossidi di carbonio (COx), ossidi di azoto (NOx), idrocarburi incombusti (UHC), emissioni di sostanze particolari (PM) sono le questioni più preoccupanti sull'utilizzo dei combustibili fossili1 ,2. Pertanto, i ricercatori sono sempre alla ricerca di alternative adeguate per i combustibili fossili. L’energia solare, l’energia eolica, l’energia del moto ondoso e l’energia geotermica sono interessanti fonti di energia rinnovabile. I biocarburanti come una delle risorse energetiche rinnovabili, possono essere applicati in applicazioni simili di combustibili fossili perché le specifiche del biocarburante possono essere simili al carburante diesel. A seconda del tipo di biocarburante e della sua applicazione, i biocarburanti possono essere utilizzati singolarmente o in combinazione con combustibili fossili. Ad esempio, il biodiesel puro può essere applicato in un sistema di combustione a caldaia, ma la miscela di biodiesel e petrodiesel può essere applicata in un motore a combustione interna3,4,5,6.

Il bioetanolo è un biocarburante rinnovabile ed ecologico che può essere prodotto da zucchero, amido e fonti cellulosiche mediante processi di fermentazione e idrolisi6. Varie materie prime come zucchero, mais, grano, patate, steli, fieno, rifiuti agricoli, melassa, macroalghe, microalghe e alghe marine sono potenziali materie prime per la produzione di bioetanolo7,8. Le materie prime come zucchero, mais e patate sono risorse commestibili che rientrano nelle materie prime di prima generazione per la produzione di biocarburanti, che non sono raccomandate per la produzione di bioetanolo a causa del dibattito tra cibo e carburante. L’utilizzo di rifiuti agricoli, melassa, macroalghe, microalghe e alghe marine come materie prime per biocarburanti potrebbe essere una soluzione adeguata a questo problema9. Il bioetanolo non può essere utilizzato come carburante unico nei motori diesel e deve essere miscelato con il petrodiesel1,10. L'utilizzo di carburante miscelato diesel/bioetanolo presenta alcuni vantaggi come l'aumento della velocità di combustione premiscelata, il miglioramento dell'efficienza termica e anche la riduzione dei fumi di scarico1. Tuttavia, ci sono alcune sfide nell'aggiunta di bioetanolo al carburante diesel, come la solubilità limitata del bioetanolo nel diesel, la possibile separazione della fase del carburante in condizioni fredde e l'effetto negativo del bioetanolo su alcune specifiche del carburante come il numero di cetano, il potere calorifico e punto di infiammabilità11,12. Si consiglia l'aggiunta di emulsionanti o cosolventi per risolvere il problema della separazione di fase nella miscela di carburante diesel/bioetanolo. Tra i diversi potenziali cosolventi, si consiglia l'applicazione di esteri perché gli esteri possono migliorare le proprietà della miscela e coprire gli effetti negativi del bioetanolo sulla miscela di carburante10,13.