خواص سوخت و انتشار گازهای گلخانه ای
مقدمه
از لحاظ تاریخی، خواص سوخت به دلایل مختلفی از جمله قیمت نفت خام، کیفیت نفت خام، فناوری های پالایشگاهی، تقاضای نسبی برای سوخت دیزل و بنزین و تغییر موتور و فناوری های کنترل آلایندگی تغییر کرده است. از دهه 1990، ملاحظات زیست‌محیطی و قوانین انتشار به طور فزاینده‌ای در فرمول‌بندی و خواص سوخت‌ها اهمیت بیشتری یافته است. مکانیسم‌های تعامل بین کیفیت سوخت، فن‌آوری‌های موتور و آلاینده‌ها به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفت تا مؤثرترین رویکرد برای موتورهای دیزلی کم آلایندگی پیدا شود. نمونه مطالعات تحقیقاتی شامل برنامه اروپایی در مورد انتشار گازهای گلخانه ای، سوخت و فن آوری های موتور (EPEFE) [MacKinven 1996][Signer 1996][Camarsa 1996] ، برنامه تحقیقاتی بهبود کیفیت هوای خودرو/روغن آمریکا (AQIRP) [Burns 1991] و بسیاری از مطالعات دیگر انجام شده توسط صنعت نفت و سوخت، سازندگان موتور و قطعات، موسسات تحقیقاتی و دانشگاهیان. بررسی های ادبیات منتشر شده است که راهنمایی را از طریق تحقیقات گسترده ای که به اثرات کیفیت سوخت بر انتشار موتور و خودرو اختصاص داده شده است، ارائه می دهد. [Lee 1998][EPA 2001][Environ 2010] .
این مجموعه از تحقیقات تکامل استانداردهای کیفیت سوخت و پذیرش برخی از مشخصات سوخت دیزل – به ویژه حداکثر محتوای گوگرد – را به عنوان پارامترهای زیست محیطی اجباری، هموار می‌کند و راه را برای پذیرش فناوری‌های کنترل آلایندگی در موتورهای دیزلی – برای اولین بار در سیلندر هموار می‌کند. مانند چرخش مجدد گازهای خروجی (EGR) و به دنبال آن تصفیه پس از انتشار شامل فیلترهای ذرات دیزل (DPF) و سیستم های کاهش کاتالیزوری انتخابی (SCR) برای کنترل NOx. همانطور که فناوری کنترل آلایندگی به بلوغ رسید، به تدریج به محرک اصلی انتشار گازوئیل تبدیل شد. در موتورهای مدرن با عملیات تصفیه، کیفیت سوخت تنها تأثیر جزئی بر انتشار گازهای گلخانه ای دارد [Williams 2022] . تمرکز تحقیقات سوخت معاصر به راندمان و عملکرد موتور، هم افزایی بین سوخت و سیستم‌های احتراق، و سوخت‌های جایگزین مصنوعی – به عنوان مثال، توسط پروژه DOE Co-Optima [5707] ایالات متحده، تغییر کرده [DOE 2022] .
علی‌رغم انبوهی از داده‌های تجربی، اثرات خواص سوخت بر انتشار گازهای خروجی موتور هرگز به طور کامل درک نشده است. چندین عامل و عدم قطعیت، تفسیر داده ها را چالش برانگیز می کند:
- همبستگی بین خواص سوخت – خواص سوخت دیزل که بر انتشار گازهای گلخانه ای تأثیر می گذارد معمولاً به هم مرتبط هستند. نمونه ای از این چگالی، محتوای آروماتیک و عدد ستان است. جریان های مخلوط سوخت دیزل که حاوی سطوح بالایی از آروماتیک هستند، چگالی بالایی دارند و همچنین دارای اعداد ستان پایین هستند. بنابراین، برای مطالعه اثر یک خاصیت سوخت خاص بر انتشار گازهای گلخانه ای، باید دقت شود که تغییر در این ویژگی خاص از تغییرات در سایر خواص سوخت آزمایشی جدا شود. اگر تعدادی از خواص سوخت به طور همزمان تغییر کنند، نمی توان هر گونه تغییر انتشار را به تغییر در یک ویژگی نسبت داد.
- افزودنی های سوخت – تغییرات در خواص سوخت اغلب با استفاده از افزودنی های سوخت، مانند استفاده از یک بهبود دهنده ستان برای افزایش تعداد ستان، ایجاد می شود. مشخص نیست که آیا تغییرات طبیعی و ناشی از مواد افزودنی در خواص سوخت تأثیر یکسانی بر انتشار دارند یا خیر.
- فناوری موتور – فناوری موتورهای دیزلی در سرتاسر جهان به طور متفاوتی تکامل یافته است. در دهه 1990، موتورهای سنگین در ایالات متحده دارای جابجایی زیادی بودند و قبلاً دارای درجه بالایی از کنترل الکترونیکی بودند. در اروپا، کنترل مکانیکی موتور همچنان غالب بود، موتورها دارای امتیاز بالاتری بودند و جابجایی کمتری داشتند. در ژاپن موتورهای با حجم زیاد و تنفس طبیعی بر بازار مسلط بودند. این فناوری‌های مختلف موتور، حساسیت‌های آلایندگی متفاوتی نسبت به کیفیت سوخت نشان می‌دهند.
- چرخه‌های آزمایش انتشار – آزمایش‌های انتشار مختلف، یک عارضه بالقوه دیگر را در تجزیه و تحلیل مجموعه‌های مختلف داده‌ها نشان می‌دهند. با این حال، مطالعه EPEFE نشان داد که اثرات کیفیت سوخت بر انتشار موتورهای سنگین به طور کلی در نتایج ایالات متحده و اتحادیه اروپا با وجود چرخه‌های آزمایش متفاوت (به ترتیب FTP و R-49) مشابه است [228 [Signer 1996] . این نشان می دهد که برون یابی اثرات سوخت در آزمایش های مختلف ممکن است – حداقل در برخی موارد – امکان پذیر باشد.
تفاوت های قابل توجهی در اثرات کیفیت سوخت بر انتشار گازهای گلخانه ای بین موتورهای دیزل سنگین و سبک مشاهده شده است [Rickeard 1996] .
ظاهراً نمی توان نتایج حاصل از مطالعات موتورهای سنگین را به موتورهای سبک یا بالعکس تعمیم داد و باید دو کلاس موتور را جداگانه مورد بحث قرار داد.
