Os Aditivos para Combustíveis Podem Reduzir Emissões Nocivas dos Sistemas de Combustível?

Como os Aditivos para Combustíveis Atuam na Redução de Emissões

Caminhos químicos: aditivos oxigenados, melhoradores de cetano e catalíticos que alteram a química da combustão

Aditivos para combustível funcionam mudando a forma como os combustíveis queimam em nível molecular. Tome, por exemplo, produtos à base de etanol, que introduzem oxigênio extra na mistura de combustível, ajudando a eliminar moléculas de monóxido de carbono e hidrocarbonetos residuais, transformando-os em CO2 e vapor d'água. Para motores a diesel, existem aditivos chamados melhoradores de cetano, como o EHN, que fazem o combustível inflamar melhor. Eles encurtam o período de espera antes do início da combustão, fazendo com que o motor funcione de maneira mais suave no geral. Depois, temos aditivos catalíticos com metais, sendo o óxido de cério um exemplo comum. Essas substâncias facilitam basicamente o início da queima do combustível, pois reduzem aquilo que os químicos chamam de energia de ativação. O resultado? Uma queima mais limpa ocorre mesmo quando as temperaturas não são muito altas dentro do motor. Todos esses diferentes truques químicos acontecem diretamente na câmara de combustão, reduzindo resíduos parcialmente queimados que causam problemas de poluição. A maioria dos fabricantes relata reduções significativas nas emissões nocivas ao utilizar pacotes de aditivos adequadamente formulados.

Efeitos termodinâmicos: Propagação mais rápida da chama, atraso de ignição mais curto e combustão mais uniforme

Certos aditivos químicos podem melhorar a eficiência da queima de combustível pelos motores, ajustando com precisão processos térmicos importantes no interior do motor. Quando melhoradores de cetano são adicionados ao combustível diesel, reduzem o tempo necessário para o combustível inflamar após ser pulverizado na câmara do motor, em cerca de 30% ou mais. Isso significa que o combustível se inflama mais rapidamente após a injeção, o que ajuda a criar uma propagação mais uniforme das chamas por toda a câmara de combustão. Sem esses aditivos, tendem a formar-se pontos no cilindro onde se acumula excesso de combustível não queimado, levando às indesejadas partículas que chamamos de poluição por MP. Um controle melhor da combustão também evita que a temperatura fique excessivamente alta, o que é positivo, pois altas temperaturas são justamente o que provoca a formação dos nocivos gases NOx. No total, isso resulta em um desempenho geral melhor do motor, economia nos custos de combustível e redução simultânea dos poluentes atmosféricos tradicionais e das emissões de CO2.

Alvo nos poluentes: Como aditivos suprimem CO, NOx, THC e material particulado na fonte

Os aditivos para combustíveis atuais atuam reduzindo certas emissões nocivas por meio de sua composição química. Quando compostos oxigenados são misturados, ajudam a diminuir o monóxido de carbono e os hidrocarbonetos totais, pois garantem uma queima mais completa do combustível, especialmente quando há pouca disponibilidade de oxigênio. Alguns aditivos contêm metais como cério ou ferro, que aceleram efetivamente a queima de partículas de fuligem dentro do motor. Pesquisas descobriram que isso pode reduzir as emissões de material particulado dos motores em 18 a 31 por cento. Algumas misturas especiais também controlam a temperatura de combustão, o que ajuda a manter os níveis de óxidos de nitrogênio baixos sem comprometer o desempenho do motor. O que torna esses aditivos realmente valiosos é que eles combatem várias fontes de poluição ao mesmo tempo. Atuam como uma camada extra de proteção antes mesmo dos gases de escape saírem do motor, aumentando ao mesmo tempo a eficiência da combustão e ajudando os veículos a percorrerem maiores distâncias com cada tanque de combustível.

Aditivos oxigenados e combustão mais limpa nos motores a gasolina e diesel

Os aditivos oxigenados aumentam a eficiência da combustão, aumentando a disponibilidade de oxigénio na mistura de combustível, promovendo uma oxidação mais completa e reduzindo as emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados.

Misturas de etanol e 1-butanol: Redução das emissões de monóxido de carbono e de hidrocarbonetos até 22%

O etanol e o 1-butanol são oxigenados bem estabelecidos que, quando misturados com gasolina ou diesel, podem reduzir as emissões de CO e hidrocarbonetos em até 22% (SAE 2020). Seu alto teor de oxigênio suporta uma combustão mais completa, especialmente em condições de queima magra, onde o oxigênio é de outra forma limitado, resultando em menos subprodutos parcialmente queimados.

Compensações na redução de NOx e PM em operações a diesel de grande carga

Os oxigenados fazem um bom trabalho reduzindo as emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos, mas quando se trata de óxidos de nitrogénio e partículas durante cargas pesadas de diesel, os resultados não são tão claros. Mais oxigénio significa queimações mais quentes dentro do motor, o que tende a aumentar a produção de NOx. Os investigadores notaram algo interessante também, parece haver um pequeno aumento nessas partículas ultrafinas, de acordo com um trabalho publicado na Combustion and Flame em 2017. No entanto, a quantidade total de fuligem geralmente diminui. O que tudo isto indica é que diferentes poluentes se comportam de forma diferente dependendo de quão duro o motor está a trabalhar num dado momento.

Aditivos de catalisadores à base de nanopartículas e metais para controlo avançado das emissões

Nanopartículas Al2O3 e CeO2: redução de 1831% das partículas no motor e oxidação aumentada da fuligem

Certas nanopartículas como óxido de alumínio (Al2O3) e óxido de cério (CeO2) atuam como catalisadores dentro dos cilindros do motor, aumentando a transferência de calor e ajudando os combustíveis a queimarem mais completamente. Quando cerca de 50 a 100 partes por milhão de CeO2 são misturadas ao combustível diesel, estudos indicam que as emissões de material particulado pelos motores diminuem entre 18% e 31%. Os níveis de monóxido de carbono também caem, assim como os indesejáveis resíduos de hidrocarbonetos. O que acontece aqui é bastante interessante, na verdade. O cério atua por meio de reações na superfície e libera oxigênio durante a combustão, criando moléculas de oxigênio ativo que atacam as partículas de fuligem. Essa abordagem em duas frentes reduz a formação de fuligem desde o início e também ataca os depósitos de carbono já acumulados nas câmaras de combustão. Mecânicos que trabalham em motores modernos têm notado câmaras mais limpas ao longo do tempo quando esses aditivos são usados regularmente.

Compostos de ferro e cério como catalisadores no combustível: Aumentando a eficiência e reduzindo a compensação entre NOx e PM

A adição de compostos de ferro e cério está progredindo no combate ao antigo problema de equilibrar as emissões de NOx e PM em motores a diesel. Esses aditivos atuam reduzindo os tempos de atraso na ignição e criando padrões de combustão mais uniformes dentro do cilindro. Como resultado, os níveis de fumaça diminuem significativamente — alguns testes indicam reduções de cerca de 40-45% — sem causar aumentos substanciais na produção de óxidos de nitrogênio. O que torna esses catalisadores particularmente úteis é a sua capacidade de funcionar eficazmente numa ampla faixa de temperaturas operacionais, de modo que continuam ativos quer o motor esteja funcionando com carga leve ou com potência total. Isso contrasta com os métodos tradicionais de tratamento de escapamento, que só abordam os poluentes depois que já foram formados durante a combustão. Em vez disso, os catalisadores adicionados ao combustível atuam desde o início do processo, proporcionando resultados mais limpos com menos componentes necessários para o controle de emissões no geral.

Melhores do cetano e seu impacto nas emissões do diesel

2-Etilhexilo nitrato (EHN): Efeitos reais sobre o CO, o HC, os NOx e a opacidade da fumaça dos ensaios NEDC

O EHN, ou nitrato de 2-etilhexilo, funciona como um aditivo popular para melhorar o número de cetano do combustível diesel, o que basicamente significa que ajuda os motores a ignição mais rápida. Quando testado de acordo com as antigas normas NEDC, a adição de EHN ao combustível foi encontrada para reduzir as emissões de monóxido de carbono e hidrocarbonetos em cerca de 15 por cento porque o combustível queima mais completamente. O que acontece com os óxidos de nitrogénio depende de quão duro o motor está a trabalhar. Em cargas mais baixas, vemos quedas de até 8% nas emissões de NOx, mas quando os motores funcionam a potência máxima, as temperaturas ficam tão quentes que os NOx aumentam cerca de 1,8%. A boa notícia é que os níveis de fumaça e partículas geralmente caem entre 10 e 20% já que uma melhor ignição torna tudo mais limpo. Para motores diesel mais antigos, a EHN oferece uma opção de redução de emissões acessível sem necessidade de alterações de hardware caras. Claro, os resultados reais dependem muito de projetos específicos do motor, como eles são operados no dia-a-dia, e que tipo de combustível base é misturado com o aditivo.

Aditivos para combustível versus sistemas de pós-tratamento: eficiência, custo e limitações práticas

Comparar aditivos de combustível com conversores catalíticos: redução de emissões por dólar, durabilidade e desafios de integração

No que se refere ao controlo das emissões, os aditivos para combustíveis e os sistemas de pós-tratamento, como os catalisadores, seguem caminhos completamente diferentes. Os aditivos de combustível funcionam alterando a forma como a combustão acontece dentro do próprio motor. Não precisam de modificações mecânicas no veículo, têm custos iniciais relativamente baixos e podem ser facilmente adicionados aos suprimentos regulares de combustível sem muita dificuldade. O lado negativo? Estes aditivos devem ser utilizados continuamente para manter o seu efeito, pelo que podem aumentar os custos operacionais ao longo do tempo. Os conversores catalíticos oferecem algo completamente diferente. Duram mais tempo e reduzem gases nocivos como monóxido de carbono, óxidos de nitrogénio e hidrocarbonetos de forma muito eficaz. Mas há um problema: estes sistemas têm preços elevados de instalação, precisam de espaço adequado no veículo e exigem verificações regulares de manutenção. Observando o custo por galão, geralmente sabemos que os aditivos fazem mais sentido para frotas menores ou quando se trata de vários tipos de motores. Por outro lado, os sistemas de pós-tratamento tendem a funcionar melhor em situações em que os veículos funcionam constantemente durante longos períodos. A maioria das empresas encontra-se em algum ponto intermediário, muitas vezes combinando ambos os métodos para obter os melhores resultados possíveis dadas as suas circunstâncias particulares.

Seção de Perguntas Frequentes

O que são os aditivos para combustíveis e como reduzem as emissões?

Os aditivos ao combustível são substâncias adicionadas à gasolina ou ao diesel que alteram o processo de combustão e melhoram o desempenho do motor. Reduzem as emissões, aumentando a eficiência da queima do combustível, ajudando na oxidação completa e reduzindo poluentes nocivos na fonte, como CO, NOx, THC e partículas.

Os aditivos ao combustível podem substituir os conversores catalíticos?

Embora os aditivos ao combustível ofereçam uma forma conveniente de reduzir as emissões directamente no motor, podem não substituir totalmente os catalisadores, que são concebidos para purificar ainda mais os gases de escape antes de saírem do veículo.

Como funcionam os melhoradores de cetano nos motores diesel?

Os melhoradores de cetano, como o nitrato de 2-etilhexilo (EHN), melhoram a qualidade de ignição do combustível diesel, ajudando-o a ignicionar mais rapidamente uma vez injetado na câmara de combustão, reduzindo assim os tempos de atraso e melhorando a uniformidade da combustão.

Existem quaisquer compensações quando se utilizam aditivos oxigenados?

Os aditivos oxigenados reduzem significativamente as emissões de CO e de hidrocarbonetos, mas podem conduzir a um aumento da produção de NOx em operações a diesel com elevada carga devido a temperaturas de combustão mais elevadas.