수소화 디젤/H2O2 혼합 연료가 디젤 엔진 성능 및 배기가스 배출 특성에 미치는 영향

Aug 30, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 836(2023) 이 기사 인용

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산소화 하이드로 디젤(OHD)은 과산화수소(H2O2), 아세톤 및 해초 다당류로부터 제조됩니다. 다양한 온도에서 약 1년 동안 OHD 연료 혼합 안정성에 대한 장기 연구가 수행되었습니다. 장기 안정성은 매우 안정적인 특성을 나타내며, 유제가 쉽게 깨지지 않으며, 보관 기간도 깁니다. 순수 디젤 및 혼합 연료 성능 테스트는 다양한 엔진 속도, 1700~3100RPM, 5wt.% 및 10wt.%의 디젤 혼합 연료에서 수행되었습니다. H2O2의 %는 연기와 배출을 줄이는 데 가장 적합한 비율을 나타냅니다. 혼합물에는 15wt.% H2O2가 포함되어 있어 엔진 성능을 고려하지 않고도 배기 온도가 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. 또한, OHD의 성능은 경제적인 비율을 보여 환경 오염을 줄이고 엔진의 수명을 연장시켰습니다. 배기가스 배출 특성화로 이어지는 디젤 엔진 성능 및 환경 평가 (\({\mathrm{CO}}_{\mathrm{X}}\), \({\mathrm{SO}}_{\mathrm{X}} , {\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\) 및 기타). 결과에 따르면 다양한 H2O2 농도는 디젤 엔진의 배출을 줄이는 효과적인 방법입니다. 감소된 CO, SO2, 미연소 탄화수소 및 NO2도 H2O2의 백분율로 관찰되었습니다. 산소 함량, 수분 함량 및 세탄가의 증가로 인해 H2O2를 첨가하면 디젤 연료에서 연소되지 않은 탄화수소의 수가 감소했습니다. 따라서 OHD 혼합물은 기존 디젤 연료의 배기가스 배출을 크게 줄일 수 있으며, 이는 디젤 연료원에서 발생하는 유해한 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 됩니다.

화석 연료에서 디젤 사용은 운송, 중·경차, 운송, 수많은 농업 및 산업 관행과 같이 상당히 중요합니다1,2. 더욱이, 디젤 연료는 놀라운 에너지 잠재력으로 인해 대규모 발전 및 주거용 난방 시스템에도 사용됩니다. 디젤 엔진은 일반적으로 모든 내연 기관 유형 중에서 가장 강력한 것으로 간주됩니다. 디젤 연료의 기본 발열량은 다른 석유 연료보다 낮을 수 있지만 엔진 구조에서 더 높은 발열 성능을 갖는 것으로 입증되었습니다. 또한 디젤 연료는 탁월한 명령력, 효율적인 연비, 상당히 높은 수명 주기 및 일관성을 제공합니다3,4,5.

최고 성능의 연료와 관계없이 디젤은 온로드 및 오프로드 차량과 대규모 해양 디젤 엔진에서 배출되는 오염 물질의 가장 중요한 원인 중 하나입니다6,7. 그 결과, 디젤 연료 개선뿐만 아니라 NOx, COx 및 탄화수소 배출과 입자상 물질(PM) 및 그을음과 같은 응축 물질 배출 사이의 관계에 대한 이론적이고 실제적인 조사가 많이 강조되었습니다. 엔진에서 발생하는 배출량은 NOx, SOx, CO, VOC, NO2, NO 및 CO26,9로 구성된 디젤 엔진의 핵심 배출량을 제공하는 부록 1에 표시된 것처럼 작동 조건 및 사용된 연료 유형에 따라 결정됩니다.

그럼에도 불구하고 추가적인 배출 요인 외에도 또 다른 중요한 요인은 디젤 연료의 황 함량입니다. 디젤 연료에 대한 제한이 강화되면서 배기가스 정화에 상당한 영향을 미쳤습니다. 이전에는 400~550ppm(EURO 디젤 I 및 EURO II)까지 높았던 디젤 연료의 황 함량은 현재 15ppm으로 제한됩니다10,11. 그림 1은 청정 디젤 연료의 황 함량에 대한 현재 제한 사항을 보여줍니다.

청정 디젤 연료의 황 함량에 대한 최근의 한계11,12.

디젤 연료의 중요한 특성은 연소까지의 점화 지연에 영향을 미치는 세탄가입니다13,14,15. 더 높은 세탄가를 함유한 연료는 작동 중 연소 과정을 향상시킵니다16. 그러나 환경 보호에 대한 관심이 높아지고 오염을 줄이기 위해 배기가스 배출에 대한 정부의 엄격한 규제로 인해 엔진 개발 연구가 크게 증가했습니다17. 특히 Euro VI 표준에서 입자상 물질(PM)과 \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\)를 동시에 줄이는 것은 \({\mathrm{NO}} 사이의 역 관계로 인해 문제가 됩니다. _{\mathrm{X}}\) 및 PM18. 수많은 연구자들이 PM 및 비메탄 휘발성 유기 화합물(NMVOC) 배출을 줄이기 위해 \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}},\) 새롭거나 향상된 후처리 기술을 개발하는 데 전념하고 있습니다19,20, 21,22. 선택적 촉매 환원(SCR)은 디젤 엔진 차량에서 효과적으로 활용되는 가장 정교한 능동 배기가스 제어 기술입니다23,24. SCR은 단일체 촉매를 사용하여 NOx를 물(H2O)과 이원자 질소(N2)7로 변환합니다.