¿Podrían las nanopartículas combatir las emisiones de combustible diésel?

El récord de bajas emisiones del diesel ha llevado a muchas personas y gobiernos a elegir gasolina para vehículos personales en los últimos años, a pesar de su relativa ineficiencia y poca autonomía. Los automóviles diésel modernos emiten una contaminación mucho menos tóxica gracias a los métodos de filtración mejorados, pero los aditivos basados ​​en nanopartículas podrían ser la tecnología que mantenga al diésel en la carretera.

Haber de imagen: Rainer Fuhrmann/Shutterstock.com

Aditivos de nanopartículas de dióxido de silicio para mejorar el rendimiento y las emisiones de los motores diésel

Un ejemplo de nanopartículas que abordan las emisiones de combustible diesel se describió en un estudio reciente realizado por ingenieros del Instituto Nacional de Tecnología de Andhra Pradesh en Tadepalligudem, India. El artículo fue publicado en la revista Silicio en 2021.

Los investigadores agregaron dióxido de silicio (SiO2) nanopartículas a un combustible ternario, que era una combinación de biocombustible de 70 % diésel, 20 % éster metílico de mahua y 10 % pentanol. Midieron las características de emisión, combustión y rendimiento del combustible cuando se utiliza en un motor diésel de inyección directa common rail.

SiO2 las nanopartículas se mezclaron con el combustible a base de diésel en proporciones de 40 partes por millón (ppm), 80 ppm y 120 ppm.

A 80 ppm, el diésel potenciado produce un 5,4 % menos de humo, un 6,4 % menos de hidrocarburos y un 10,2 % menos de monóxido de carbono.

Óxidos nitrosos (NOX) son una de las principales causas del declive de la popularidad de los vehículos diésel en los últimos años debido a la creciente concienciación sobre los riesgos que suponen para la salud pública. Los investigadores notaron una reducción significativa en NOX emisiones

El equipo también destacó las mejoras de rendimiento, como la mejora de la eficiencia térmica de los frenos (BTE) en un 8,8 %. Combinado con el contenido de biomasa del combustible, esto también podría reducir la demanda de diesel y, eventualmente, de petróleo.

Las nanopartículas están a la vanguardia de la investigación sobre emisiones de combustible diésel

Hay muchos otros ejemplos de nanopartículas que mejoran las emisiones y el rendimiento general de los combustibles a base de diésel en la literatura.

En una edición reciente de Informes energéticosun equipo internacional de ingenieros y científicos ambientales ha examinado un área bastante grande de la influencia de las nanopartículas en las emisiones de combustible diesel.

Científicos de la Universidad de Mekelle en Mekelle, Etiopía, la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida en Ås, Noruega, y la Universidad Sultan Qaboos en Al-khod, Omán, descubrieron que la mayoría de las propiedades del combustible podrían mejorarse agregando nanopartículas.

En biocombustibles, los aditivos basados ​​en nanopartículas crean reacciones químicas estables que pueden ayudar a reducir el costo de producción de biocombustibles. Por lo general, aumentan el BTE en la mayoría de las aplicaciones, además de reducir el consumo de combustible específico del freno (BSFC).

Es importante destacar que se ha demostrado que las nanopartículas reducen constantemente las emisiones de escape en términos de contaminación tanto por emisiones tóxicas como por gases de efecto invernadero.

Métodos de lucha contra las emisiones de gasóleo con nanopartículas

Dióxido de carbono (CO2) las emisiones de los motores diésel tienden a ser más bajas que las emisiones de los motores de gasolina debido a los principios mecánicos más ligeros de los ingenieros: usar una mezcla estequiométrica de aire y combustible para capturar más energía disponible de los átomos de hidrocarburos (HC) en el combustible.

Pero la oxigenación de la fuente de combustible da como resultado emisiones potencialmente tóxicas y generalmente dañinas como HC, CO2y noX. El material particulado también tiende a encontrarse en mayores cantidades en las emisiones de diésel que en la gasolina, lo que provoca problemas respiratorios en humanos y otros animales expuestos.

Además de adoptar la mejor tecnología de filtración disponible, la adición de aditivos basados ​​en nanopartículas puede alterar las propiedades del combustible para reducir estas emisiones nocivas.

Los biocombustibles como el diesel ternario y el biodiesel ayudan a abordar algunos de estos desafíos. El material particulado disminuye tanto en masa como en número de partículas en la mayoría de estas alternativas, por ejemplo.

Sin embargo, quedan algunos desafíos. NOX las emisiones en realidad aumentan en el biodiesel no tratado debido al mayor contenido de oxígeno del combustible.

Agregar nanotubos de carbono (CNT) al biodiesel reduce el NOX 9,2% emisiones, 6,7% HC, CO2 5,9% y fuman 7,8%. Estos resultados se han observado en la aplicación en un motor diésel de cuatro tiempos de un solo cilindro de aspiración natural que funciona a 1500 revoluciones por minuto (rpm) con cargas de motor variables.

Otro experimento mostró que la adición de dióxido de titanio (TiO2) Las nanopartículas de combustible biodiésel a base de Pongamia a 100 ppm condujeron a reducciones de NOXHC, CO2y emisiones de humo del 3,8%, 2,1%, 1,9% y 2,7%, respectivamente.

Óxido de aluminio (Al2O3) las nanopartículas mezcladas con biodiésel B20 dieron como resultado reducciones en todas las emisiones de escape, incluido aproximadamente un 55 % menos de HC y un 75 % menos de CO2. Estos resultados significativos son atribuibles a las mejoras en la transferencia de masa y la transferencia de calor radiante provocadas por el procesamiento de nanopartículas.

Otro estudio encontró que el óxido de cobre (CuO), el óxido de rodio (Rh2O3), nanotubos de carbono, carburo de aluminio (Al4contra3), dióxido de titanio (TiO2), el grafeno y los líquidos ferrosos diésel regulares dieron como resultado reducciones en todos los gases de escape.

Estos resultados se ven afectados por varios factores además de varias nanopartículas, por supuesto. Marca y modelo del motor de prueba, tipo de combustible y concentraciones, condiciones de funcionamiento del motor y ciclos de trabajo, y métodos e instrumentos de prueba utilizados.

Continuar leyendo: ¿Pueden los aditivos de combustible de nanopartículas dar esperanza a los motores de combustibles fósiles?

Referencias y lecturas adicionales

Bidir, MG, et al. (2021). El papel de las nanopartículas en la producción de biocombustibles y como aditivo en un motor diésel de mezcla ternaria: una revisión. Informes energéticos. doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.084.

Ramachander, R., SK Gugulothu y GRK Sastry (2021). Características de rendimiento y reducción de emisiones de Sio a base de metal2 Aditivos de nanopartículas mezclados con combustible ternario (Diesel-MME-Pentanol) en un motor diésel CRDI. Silicio. doi.org/10.1007/s12633-021-01024-4.

Selvanayagam, BF, y otros. (2022). Una revisión de las nanopartículas mezcladas con diésel para mejorar las características de combustión y reducir las emisiones de los motores diésel. Materiales hoy: Reseñas. doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.828.

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