Чи можуть паливні присадки зменшувати шкідливі викиди з паливних систем?

Як діють паливні присадки для зменшення викидів

Хімічні шляхи: оксигеновані, цетан-покращувальні та каталітичні присадки, що змінюють хімію згоряння

Присадки для палива діють дивовижно, змінюючи спосіб згоряння палива на молекулярному рівні. Візьмемо, наприклад, продукти на основі етанолу: вони додають додатковий кисень до паливної суміші, що допомагає позбутися неприємних молекул чадного газу та залишкових вуглеводнів, перетворюючи їх на вуглекислий газ і водяну пару. Для дизельних двигунів існують так звані підвищувачі цетанового числа, наприклад EHN, які поліпшують запалювання палива. Вони скорочують період очікування початку згоряння, завдяки чому двигун працює стабільніше. Існують також каталітичні присадки з металами, одним із поширених прикладів є оксид церію. Ці речовини фактично полегшують початок згоряння палива, оскільки знижують так звану енергію активації. Результат? Чистіше згоряння відбувається навіть за умови, що температура всередині двигуна не дуже висока. Усе це відбувається безпосередньо в камері згоряння, зменшуючи напівзгорілі залишки, які створюють проблеми забруднення. Більшість виробників повідомляють про значне зниження шкідливих викидів при використанні належним чином сформованих комплектів присадок.

Термодинамічні ефекти: швидше поширення полум'я, коротший період запалювання та більш рівномірне згоряння

Певні хімічні добавки можуть підвищити ефективність згоряння палива в двигунах, тонко налаштовуючи важливі теплові процеси всередині двигуна. Коли покращувачі цетанового числа додаються до дизельного палива, вони скорочують час запалювання після вприскування палива в камеру двигуна приблизно на 30%. Це означає, що паливо швидше запалюється після вприскування, що сприяє більш рівномірному поширенню полум'я по камері згоряння. Без цих добавок у циліндрі схильні утворюватися ділянки, де накопичується забагато невигорілого палива, що призводить до утворення частинок, які ми називаємо твердими викидами (PM). Кращий контроль згоряння також не дає температурі стати надто високою, що є добром, адже саме високі температури спричиняють утворення шкідливих газів NOx. У результаті цього покращується загальна продуктивність двигуна, економиться паливо та зменшуються викиди як звичайних забруднювачів повітря, так і CO2.

Зниження викидів забруднюючих речовин: як присадки пригнічують CO, NOx, THC та частинки на виробничому рівні

Сучасні присадки до палива діють шляхом зменшення певних шкідливих викидів завдяки своєму хімічному складу. Коли до суміші додаються оксигеновані сполуки, вони допомагають знизити викиди чадного газу та загальної кількості вуглеводнів, забезпечуючи більш повне згоряння палива, особливо за умови нестачі кисню. Деякі присадки містять метали, такі як церій або залізо, які фактично прискорюють згоряння частинок сажі всередині двигуна. Дослідження показали, що це може зменшити викиди твердих частинок від двигунів на 18–31 відсотка. Кілька спеціальних сумішей також регулюють температуру згоряння, що допомагає знизити рівень оксидів азоту без погіршення роботи двигуна. Особливу цінність цим присадкам надає те, що вони одночасно впливають на кілька джерел забруднення. Вони виступають додатковим захистом ще до того, як вихлопні гази покинуть двигун, одночасно підвищуючи ефективність згоряння та допомагаючи транспортним засобам долати більшу відстань на кожному баку палива.

Оксигеновані добавки та чистіше згоряння в бензинових і дизельних двигунах

Оксигеновані добавки підвищують ефективність згоряння за рахунок збільшення доступності кисню в паливній суміші, сприяючи повнішому окисленню та зменшенню викидів чадного газу та не згорілих вуглеводнів.

Суміші етанолу та 1-бутанолу: зменшення викидів чадного газу та вуглеводнів до 22%

Етанол та 1-бутанол є добре відомими оксигенатами, які, будучи сумішаними з бензином або дизельним паливом, можуть зменшити викиди CO та вуглеводнів до 22% (SAE 2020). Їхній високий вміст кисню сприяє більш повному згорянню, особливо в умовах бідного згоряння, де кисень інші шляхи обмежений, що призводить до зменшення частково згорілих побічних продуктів.

Компроміси у зменшенні NOx та PM при роботі дизеля під високим навантаженням

Оксигенати добре зменшують викиди чадного газу та вуглеводнів, але щодо оксидів азоту та частинок під час великих навантажень на дизельному паливі, результати не такі очевидні. Більше кисню означає вищу температуру згоряння всередині двигуна, що фактично сприяє зростанню утворення NOx. Дослідники також помітили цікавий факт — існує невелике збільшення кількості наддрібних частинок, про що свідчить дослідження, опубліковане в журналі Combustion and Flame у 2017 році. Проте загальна кількість сажі, як правило, зменшується. Усе це свідчить про те, що різні забруднювачі поводяться по-різному залежно від того, наскільки сильно навантажений двигун у певний момент.

Наночастинки та каталітичні добавки на основі металів для просунутого контролю викидів

Наночастинки Al2O3 та CeO2: зниження викидів твердих частинок на виході з двигуна на 18–31 % та покращення окиснення сажі

Певні наночастинки, такі як оксид алюмінію (Al2O3) та оксид церію (CeO2), діють як каталізатори всередині циліндрів двигуна, підвищуючи теплопередачу та сприяючи повнішому згорянню палива. Коли в дизельне паливо додають близько 50–100 частин на мільйон CeO2, дослідження показують, що викиди твердих частинок з двигунів знижуються на 18–31%. Також знижуються рівні чадного газу та непалих вуглеводнів. Те, що відбувається тут, насправді досить цікаве. Церій діє через поверхневі реакції та виділяє кисень під час згоряння, утворюючи активні молекули кисню, які руйнують частинки сажі. Цей подвійний підхід одночасно зменшує утворення сажі з самого початку та розкладає нагар, що вже накопичився в камері згоряння. Механіки, які працюють з сучасними двигунами, помітили, що при регулярному використанні таких добавок камери стають чистішими з часом.

Сполуки заліза та церію як каталізатори в паливі: підвищення ефективності та зменшення компромісу між NOx та твердими частинками

Додавання сполук заліза та церію допомагає вирішити давню проблему балансування викидів NOx та PM у дизельних двигунах. Ці добавки скорочують час затримки запалювання та забезпечують більш рівномірне згоряння всередині циліндра. Як наслідок, рівень диму значно знижується — за даними деяких випробувань, приблизно на 40–45 % — без суттєвого зростання утворення оксидів азоту. Особливістю цих каталізаторів є їхня здатність ефективно працювати в широкому діапазоні робочих температур, тому вони залишаються дієвими як під малим навантаженням, так і під повним навантаженням двигуна. Це контрастує з традиційними методами очищення відпрацьованих газів, які усувають забруднювачі лише після їх утворення під час згоряння. Натомість каталізатори, що додаються безпосередньо до палива, вирішують проблему вже на початку процесу, забезпечуючи чистіші викиди та скорочуючи загальну кількість компонентів, необхідних для контролю викидів.

Покращувачі цетанового числа та їх вплив на викиди дизельного палива

2-етилгексиловий нітрат (EHN): реальний вплив на CO, HC, NOx та димність за результатами тестування NEDC

EHN, або 2-етилгексилнітрат, є популярною добавкою для підвищення цетанового числа дизельного палива, що, по суті, означає поліпшення швидкості запалювання в дизельних двигунах. Під час тестування за старими стандартами NEDC було встановлено, що додавання EHN до палива зменшує викиди чадного газу та вуглеводнів приблизно на 15 відсотків, оскільки паливо згоряє повніше. Що стосується оксидів азоту, то тут все залежить від навантаження на двигун. При низьких навантаженнях спостерігається зниження NOx до 8%, проте коли двигуни працюють на повну потужність, температури стають настільки високими, що викиди NOx фактично зростають приблизно на 1,8%. Доброю новиною є те, що рівень диму та частинок, як правило, знижується на 10–20% через краще запалювання, що забезпечує чистіше згоряння. Для старих дизельних двигунів EHN є доступним варіантом зменшення викидів без необхідності впроваджувати дороге обладнання. Звичайно, реальні результати значною мірою залежать від конкретної конструкції двигуна, режиму його експлуатації та виду базового палива, яке змішується з добавкою.

Присадки до палива проти систем післяобробки: ефективність, вартість та практичні обмеження

Порівняння присадок до палива з каталітичними перетворювачами: зниження викидів на долар, довговічність та проблеми інтеграції

Коли мова йде про контроль викидів, паливні присадки та системи доочистки відпрацьованих газів, такі як каталітичні нейтралізатори, йдуть зовсім різними шляхами. Паливні присадки працюють за рахунок зміни процесу згоряння безпосередньо всередині двигуна. Вони не потребують жодних механічних модифікацій транспортного засобу, мають порівняно низьку початкову вартість і можуть бути легко додані до звичайних запасів палива без особливих труднощів. У чому недолік? Ці присадки потрібно використовувати постійно, щоб зберегти ефект, тому вони насправді можуть збільшити експлуатаційні витрати з часом. Каталітичні нейтралізатори пропонують зовсім інше рішення. Вони довше служать і дуже ефективно зменшують кількість шкідливих газів, таких як чадний газ, оксиди азоту та вуглеводні. Але і тут є свої умови: ці системи мають високу вартість встановлення, потребують достатньо місця в транспортному засобі та регулярного технічного обслуговування. Якщо дивитися на вартість на один галон, то зазвичай виявляється, що присадки більш доцільні для невеликих автопарків або коли йдеться про різні типи двигунів. Навпаки, системи доочистки зазвичай краще себе показують у ситуаціях, коли транспортні засоби працюють постійно тривалий час. Більшість підприємств опиняються десь посередині, часто поєднуючи обидва методи, щоб отримати найкращі результати з урахуванням їхніх конкретних обставин.

Розділ запитань та відповідей

Що таке паливні присадки і як вони зменшують викиди?

Паливні присадки — це речовини, які додаються до бензину або дизельного палива, щоб змінити процес згоряння та покращити роботу двигуна. Вони зменшують викиди за рахунок підвищення ефективності згоряння палива, сприяння повному окисленню та зниження шкідливих забруднювачів безпосередньо в джерелі, таких як CO, NOx, THC та частинки твердих речовин.

Чи можуть паливні присадки замінити каталітичні нейтралізатори?

Хоча паливні присадки надають зручний спосіб зменшення викидів безпосередньо всередині двигуна, вони не здатні повністю замінити каталітичні нейтралізатори, які призначені для додаткового очищення відпрацьованих газів перед їх викидом з автомобіля.

Як працюють покращувачі цетанового числа в дизельних двигунах?

Присадки, що підвищують цетанове число, наприклад нітрат 2-етилгексилу (EHN), покращують якість запалювання дизельного палива, допомагаючи йому швидше займатися після вприскування в камеру згоряння, тим самим скорочуючи час запізнення та покращуючи рівномірність згоряння.

Чи існують недоліки при використанні оксигенованих присадок?

Кисневмісні добавки значно зменшують викиди CO та вуглеводнів, але можуть призводити до збільшення утворення NOx під час роботи дизеля під високим навантаженням через вищі температури згоряння.