CRDI 디젤 엔진에서 솝베리 종자유 바이오디젤 성능의 실험적 평가

Jun 15, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5699(2023) 이 기사 인용

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CI 엔진용 대체 연료에 대한 지속적인 수요로 인해 바이오디젤 기반 연구는 전 세계적으로 지원을 받고 있습니다. 본 연구에서는 바이오디젤을 생성하기 위해 에스테르교환 공정을 통해 생산된 솝베리 종자유를 사용했습니다. 이를 BDSS(Soapberry Seed Bio Diesel)라고 합니다. 기준에 따라 오일 품질이 인정되므로 CRDI(커먼 레일 직접 분사) 엔진에서 세 가지 다른 혼합물과 순수 디젤을 테스트했습니다. 블렌드 설명은 다음과 같습니다: 10BDSS(10% BDSS + 90% 디젤), 20BDSS(20% BDSS + 80% 디젤) 및 30BDSS(30% BDSS + 70% 디젤). 연소, 성능 및 오염에 대한 관련 테스트 결과는 100% 디젤 연료를 사용하여 달성한 결과와 대조되었습니다. 이 경우 혼합으로 인해 디젤보다 제동 열효율이 낮아지고 NOx 배출이 증가하면서 잔류 배출이 낮아졌습니다. 30BDSS는 BTE가 27.82%, NOx 배출량이 1348ppm, 최대 압력이 78.93bar, 열 방출률(HRR)이 61.15J/deg, CO 배출량(0.81%), HC(11)로 우수한 결과를 얻었습니다. ppm), 연기 불투명도는 15.38%입니다.

천연 자원 기반 연구를 통한 대체 연료는 현재 화석 연료 수요 기준 중 가장 집중된 영역입니다. 전통적인 연료 자원은 고갈될 뿐만 아니라 환경에 더 많은 배출을 발생시켜 생물체에 유해한 영향을 미치고 환경 타당성에 영향을 미칩니다1. 다양한 종류의 먹을 수 있는 식물성 기름과 먹을 수 없는 식물성 기름의 씨앗에서 생산될 수 있는 바이오디젤이 너무 많습니다. 또한 자연과 인공의 폐기물로 생산되는 바이오디젤도 너무나 많습니다.

Venkatesan et al.2은 NOx와 PM이 각각 70%, 85% 증가함에 따라 2035년에도 고부하 CI 엔진(건설, 적재, 농기계)에 의한 미세먼지와 NOx 배출 생산량이 증가할 것이라고 언급했다. PM을 과도하게 흡입하면 조기 생명이 사망하게 됩니다3. Jayabal et al.4은 CI 엔진에서 발생하는 연기 불투명도가 생명체에 해를 끼치며 심장 질환, 호흡 문제를 유발한다고 언급했습니다.

바이오디젤은 CI 엔진에 사용되는 연료 중 하나이다. 디젤이 포함되거나 포함되지 않은 생체재료의 진실성에 대해 다양한 연구를 통해 수행된 수많은 연구가 있습니다. 바이오디젤을 제조하는 데에는 다양한 방법이 있습니다5. 그 중 에스테르 교환반응은 바이오디젤을 추출하는 가장 쉽고 가장 좋은 방법 중 하나입니다6.

Zimmerman et al.7은 에스테르화 공정 기반 과제와 이러한 문제를 극복하는 방법에 대해 명확하게 설명했습니다. Muthukumaran et al.8은 에스테르 교환 공정을 통해 Madhuca Indica 오일로부터 바이오디젤 생산을 다루고 있습니다. 그들은 칼륨 히드라지드가 바이오디젤 생산 공정에 더 나은 영향을 미친다고 언급했습니다. 60°C에서 오일을 1시간 30분 동안 메탄올(0.32%)과 촉매(1.5%)로 처리하면 51%의 바이오디젤 수율이 생성됩니다.

Moradi 등9은 피마자 종자로부터 바이오디젤 생산에 영향을 미치는 요인을 다루고 있습니다. 그들은 Soxhlet 추출기에서 연습합니다. 오일 추출에 사용되는 용매는 아세톤과 메탄올입니다. 6시간 동안 75°C 온도로 메인라이닝을 수행하면 수율 면에서 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. Kamil et al.10은 CRDI 엔진에서 칠면조 라드와 돼지 라드의 바이오디젤 혼합물을 다루고 있습니다. 메틸 에스테르와 디젤 혼합물은 일산화탄소(20%), 이산화탄소(6%) 및 탄화수소 배출(9%)을 더 적게 생성했습니다.

Alptekin 등11은 다양한 부하의 CRDI 엔진에 연료를 공급하는 식물성 기름의 메틸 및 에틸 에스테르를 다루고 있습니다. 실험 결과에서 고려된 연료는 디젤 연료보다 더 높은 연료 소비와 함께 더 낮은 피크 압력과 더 많은 열 방출률을 갖는다는 것이 명확하게 언급됩니다. 파일럿 분사와 메인 분사 시점이 디젤 분사 시점보다 높았다. Yingqun et al.12는 주입 압력이 다른 CRDI 엔진의 팜유 바이오디젤을 다루고 있습니다. 연료 분사 압력이 증가하면 NOx 배출이 증가하고 더 높은 부하에서 PM, CO 및 HC 배출이 감소합니다.