Les additifs carburants peuvent-ils réduire les émissions nocives provenant des systèmes de carburant ?

Comment les additifs carburant agissent pour réduire les émissions

Voies chimiques : additifs oxygénés, améliorateurs de cétane et additifs catalytiques modifiant la chimie de la combustion

Les additifs pour carburants agissent en modifiant la manière dont les carburants brûlent au niveau moléculaire. Prenons par exemple les produits à base d'éthanol : ils apportent de l'oxygène supplémentaire dans le mélange carburant, ce qui permet d'éliminer les molécules de monoxyde de carbone et les hydrocarbures résiduaires, en les transformant plutôt en CO2 et en vapeur d'eau. Pour les moteurs diesel, il existe des additifs appelés améliorateurs de nombre de cétane, comme l'EHN, qui favorisent une meilleure inflammation du carburant. Ils réduisent le délai d'auto-inflammation, ce qui permet au moteur de fonctionner plus régulièrement. Ensuite, il y a les additifs catalytiques contenant des métaux, l'oxyde de cérium étant un exemple courant. Ces substances facilitent l'allumage du carburant en abaissant ce que les chimistes appellent l'énergie d'activation. Le résultat ? Une combustion plus propre, même lorsque les températures à l'intérieur du moteur ne sont pas très élevées. Tous ces procédés chimiques se déroulent directement dans la chambre de combustion, réduisant ainsi les résidus partiellement brûlés responsables de la pollution. La plupart des fabricants signalent des réductions importantes des émissions nocives lorsqu'ils utilisent des additifs correctement formulés.

Effets thermodynamiques: propagation plus rapide de la flamme, retard d'allumage plus court et combustion plus uniforme

Certains additifs chimiques peuvent améliorer la combustion du carburant des moteurs en réglant les processus importants liés à la chaleur à l'intérieur du moteur. Lorsque des améliorateurs de cétane sont ajoutés au carburant diesel, ils réduisent le temps nécessaire pour que le carburant prenne feu après avoir été pulvérisé dans la chambre du moteur, parfois d'environ 30%. Cela signifie que le combustible s'enflamme plus rapidement une fois injecté, ce qui contribue à créer une propagation plus uniforme des flammes dans toute la chambre de combustion. Sans ces additifs, il y a des taches dans la bouteille où trop de carburant non brûlé s'accumule, ce qui conduit à ces particules gênantes que nous appelons pollution par les particules. Un meilleur contrôle de la combustion empêche également les choses de devenir trop chaudes là-dedans, ce qui est une bonne nouvelle parce que les températures élevées sont ce qui fait que ces gaz nocifs NOx se forment en premier lieu. En résumé, cela améliore les performances globales du moteur, réduit les coûts de carburant et réduit les polluants atmosphériques standard et les émissions de CO2 en même temps.

Cible des polluants: comment les additifs suppriment le CO, les NOx, le THC et les particules à la source

Les additifs actuels réduisent certaines émissions nocives grâce à leur composition chimique. Lorsque des composés oxygénés sont mélangés, ils aident à réduire le monoxyde de carbone et le total des hydrocarbures parce qu'ils s'assurent que le combustible brûle plus complètement, surtout quand il n'y a pas beaucoup d'oxygène disponible. Certains additifs contiennent des métaux comme le cérium ou le fer qui accélèrent la combustion des particules de suie à l'intérieur du moteur. Des recherches ont montré que cela peut réduire les émissions de particules des moteurs de 18 à 31%. Quelques mélanges spéciaux contrôlent également la température de combustion, ce qui aide à maintenir les niveaux d'oxyde d'azote bas sans nuire au bon fonctionnement du moteur. Ce qui rend ces additifs vraiment précieux, c'est qu'ils s'attaquent à plusieurs sources de pollution à la fois. Ils servent de protection supplémentaire avant même que les gaz d'échappement ne quittent le moteur, tout en rendant la combustion plus efficace et en aidant les véhicules à aller plus loin avec chaque réservoir d'essence.

Additifs oxygénés et combustion plus propre dans les moteurs à essence et diesel

Les additifs oxygénés améliorent l'efficacité de la combustion en augmentant la disponibilité d'oxygène dans le mélange de carburant, favorisant une oxydation plus complète et réduisant les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures non brûlés.

Éthanol et mélanges de 1-butanol: réduction des émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures jusqu'à 22%

L'éthanol et le 1-butanol sont des oxygénats bien établis qui, lorsqu'ils sont mélangés à l'essence ou au diesel, peuvent réduire les émissions de CO et d'hydrocarbures jusqu'à 22% (SAE 2020). Leur teneur élevée en oxygène favorise une combustion plus approfondie, en particulier dans des conditions de combustion maigre où l'oxygène est autrement limitant, ce qui entraîne moins de sous-produits partiellement brûlés.

Compromises en matière de réduction des NOx et des particules dans le cadre d'un fonctionnement diesel à forte charge

Les oxygénates réduisent bien les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures, mais quand il s'agit d'oxydes d'azote et de particules lors de lourdes charges de diesel, les résultats ne sont pas si clairs. Plus d'oxygène signifie des brûlures plus chaudes à l'intérieur du moteur, ce qui tend à augmenter la production de NOx. Les chercheurs ont remarqué quelque chose d'intéressant aussi: il semble y avoir une petite augmentation de ces minuscules particules ultra-fines selon un travail publié dans Combustion and Flame en 2017. Cependant, la quantité totale de suie diminue généralement. Tout cela montre que les différents polluants se comportent différemment selon la force de travail du moteur à un moment donné.

Additifs de catalyseur à base de nanoparticules et de métaux pour un contrôle avancé des émissions

Nanoparticules Al2O3 et CeO2: réduction de 1831% des particules particules émises par le moteur et oxydation accrue de la suie

Certaines nanoparticules comme l'oxyde d'aluminium (Al2O3) et l'oxyde de cérium (CeO2) agissent comme des catalyseurs à l'intérieur des cylindres du moteur, stimulant le transfert de chaleur et aidant les carburants à brûler plus complètement. Lorsque 50 à 100 parties par million de CeO2 sont mélangées au carburant diesel, les études indiquent que les émissions de particules des moteurs diminuent de 18 à 31%. Les niveaux de monoxyde de carbone diminuent aussi, ainsi que les restes de ces hydrocarbures ennuyeux. Ce qui se passe ici est assez intéressant en fait. Le cérium fonctionne par des réactions de surface et dégage de l'oxygène pendant la combustion, créant ces molécules d'oxygène actives qui attaquent les particules de suie. Cette double approche réduit dès le départ la production de suie et s'attaque également aux dépôts de carbone déjà accumulés dans les chambres de combustion. Les mécaniciens qui travaillent sur les moteurs modernes ont remarqué que les chambres sont plus propres avec le temps quand ces additifs sont utilisés régulièrement.

Composés de fer et de cérium comme catalyseurs dans le carburant: amélioration de l'efficacité et réduction des compromis NOx-PM

L'ajout de composés de fer et de cérium permet de résoudre le problème de longue date de l'équilibre des émissions de NOx et de particules dans les moteurs diesel. Ces additifs réduisent les temps de retard d'allumage et créent des schémas de combustion plus uniformes à l'intérieur du cylindre. En conséquence, les niveaux de fumée diminuent considérablement certains essais montrent une réduction d'environ 40 à 45% sans provoquer de pics importants de production d'oxyde d'azote. Ce qui rend ces catalyseurs particulièrement utiles, c'est leur capacité à fonctionner efficacement dans une large gamme de températures de fonctionnement, de sorte qu'ils continuent de fonctionner que le moteur fonctionne sous une charge légère ou à pleine puissance. Cela contraste avec les méthodes traditionnelles de traitement des gaz d'échappement qui ne traitent les polluants qu'après qu'ils se soient déjà formés pendant la combustion. Au lieu de cela, les catalyseurs à carburant traitent le problème dès le début du processus, fournissant des résultats plus propres avec moins de composants nécessaires pour le contrôle global des émissions.

Améliorateurs de cétane et leur incidence sur les émissions du diesel

2-éthylhexyl nitrate (EHN): effets réels sur le CO, le HC, les NOx et l'opacité de la fumée des essais NEDC

L'EHN, ou 2-éthylhexyl nitrate, fonctionne comme un additif populaire pour améliorer le nombre de cétane du carburant diesel, ce qui signifie essentiellement qu'il aide les moteurs diesel à s'enflammer plus rapidement. Lorsqu'il a été testé selon les anciennes normes NEDC, il a été constaté que l'ajout de EHN au carburant réduisait les émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures d'environ 15%, car le carburant brûle plus complètement. Ce qui arrive aux oxydes d'azote dépend de la force de travail du moteur. À des charges plus faibles, nous voyons une baisse des émissions de NOx allant jusqu'à 8%, mais lorsque les moteurs fonctionnent à pleine puissance, les températures deviennent si chaudes que les NOx augmentent en fait d'environ 1,8%. La bonne nouvelle est que les niveaux de fumée et de particules baissent généralement entre 10 et 20% puisque la meilleure allumage rend tout brûler plus propre. Pour les moteurs diesel plus anciens, l'EHN offre une option abordable de réduction des émissions sans nécessiter de changements coûteux de matériel. Bien sûr, les résultats réels dépendent fortement des conceptions spécifiques du moteur, de la façon dont ils sont utilisés au quotidien, et du type de carburant de base mélangé avec l'additif.

Additifs pour carburant et systèmes de post-traitement: efficacité, coût et limites pratiques

Comparer les additifs au carburant avec les convertisseurs catalytiques: réduction des émissions par dollar, durabilité et défis d'intégration

En ce qui concerne la maîtrise des émissions, les additifs de carburant et les systèmes de post-traitement tels que les convertisseurs catalytiques suivent des voies complètement différentes. Les additifs au carburant modifient la combustion à l'intérieur du moteur. Ils ne nécessitent aucune modification mécanique du véhicule, ont des coûts initiaux relativement faibles et peuvent facilement être ajoutés aux réserves de carburant régulières sans trop de tracas. Le côté négatif? Ces additifs doivent être utilisés en continu pour maintenir leur effet, de sorte qu'ils pourraient augmenter les coûts d'exploitation au fil du temps. Les convertisseurs catalytiques offrent quelque chose de complètement différent. Ils durent plus longtemps et réduisent les gaz nocifs comme le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et les hydrocarbures de manière très efficace. Mais il y a aussi un problème: ces systèmes ont des coûts d'installation élevés, nécessitent un espace suffisant dans le véhicule et nécessitent des contrôles d'entretien réguliers. En examinant le coût par gallon, on constate généralement que les additifs sont plus appropriés pour les petites flottes ou pour les différents types de moteurs. D'un autre côté, les systèmes de post-traitement ont tendance à mieux fonctionner dans des situations où les véhicules circulent constamment pendant de longues périodes. La plupart des entreprises se trouvent quelque part entre les deux, combinant souvent les deux méthodes pour obtenir les meilleurs résultats possibles compte tenu de leurs circonstances particulières.

Section FAQ

Quels sont les additifs pour carburant et comment réduisent-ils les émissions?

Les additifs au carburant sont des substances ajoutées à l'essence ou au diesel qui modifient le processus de combustion et améliorent les performances du moteur. Ils réduisent les émissions en améliorant l'efficacité de la combustion du carburant, en aidant à l'oxydation complète et en réduisant les polluants nocifs à la source tels que le CO, les NOx, le THC et les particules.

Les additifs au carburant peuvent-ils remplacer les convertisseurs catalytiques?

Bien que les additifs au carburant permettent de réduire les émissions directement à l'intérieur du moteur, ils ne remplacent pas nécessairement les catalyseurs, qui sont conçus pour purifier davantage les gaz d'échappement avant de les évacuer du véhicule.

Comment fonctionnent les améliorateurs de cétane dans les moteurs diesel?

Les améliorateurs de cetane comme le nitrate de 2-éthylhexyle (EHN) améliorent la qualité d'allumage du carburant diesel, l'aidant à s'allumer plus rapidement une fois injecté dans la chambre de combustion, réduisant ainsi les temps de retard et améliorant l'

Y a-t-il des compromis à faire avec les additifs oxygénés?

Les additifs oxygénés réduisent considérablement les émissions de CO et d'hydrocarbures, mais peuvent entraîner une production accrue de NOx en fonctionnement à fort régime diesel en raison de températures de combustion plus élevées.