계면활성제의 엔진 성능 및 배기가스 평가

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10599(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

말레이시아는 팜유의 최대 수출국 중 하나이며, 현재 전 세계 일부 지역에서 팜유 수입에 대한 극심한 저항에 직면하고 있지만 이 상품을 활용하는 방법 중 하나는 현지 상업용 디젤의 팜 바이오디젤 함량을 높이는 것입니다. 그러나 바이오디젤은 산소가 풍부한 특성으로 인해 기존 디젤에 비해 질소산화물(NOx) 배출이 증가하는 문제가 있습니다. 이 문제를 완화하고 바이오디젤-디젤 혼합물을 사용하여 디젤 엔진 성능과 배기가스 배출을 개선하기 위해 본 연구에서는 계면활성제 없이 연료로 디젤 내 물 에멀젼을 생성하는 실시간 비계면활성제 에멀젼 연료 공급 시스템(RTES)의 구현을 조사하려고 시도했습니다. . RTES에 의해 생산된 디젤 중수(water-in-diesel)의 NOx 감소 능력은 잘 문서화되어 있습니다. 따라서 본 연구에서는 30% 바이오디젤-디젤(B30)을 기본 연료로 사용하고, 수분 함량 10wt%, 15wt%, 20wt%로 구성된 B30 유래 에멀젼을 100kVA, 5.9-L 커먼레일 터보차저 디젤 엔진 전기 발전기. 연료 소비량과 배기가스 배출량을 측정하고 시중에서 판매되는 말레이시아 저등급 디젤 연료(D2M)와 비교했습니다. 증거에 따르면 RTES에서 생산된 유화 B30 바이오디젤-디젤은 브레이크 열 효율(BTE)을 최대 36%까지 높이고 브레이크 특정 연료 소비(BSFC)를 최대 8.70%까지 줄일 수 있었습니다. 또한 B30 바이오디젤-디젤 에멀젼은 높은 엔진 부하에서 NOx, 일산화탄소 및 연기를 훨씬 적게 생성했습니다. 결론적으로, B30 바이오디젤-디젤 에멀젼은 성능과 배출가스 저하 없이 현재 디젤 엔진에 쉽게 활용될 수 있습니다.

말레이시아는 팜유의 주요 수출국 중 하나이며 자체적으로 팜유 바이오디젤을 생산할 수 있습니다. 그러나 유럽 연합(EU)이 팜유 수입에 대해 점점 더 적대적이 되면서1,2 말레이시아는 국내 시장에서 이 상품을 완전히 활용할 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 팜유 활용도를 높이는 가장 유망한 방법 중 하나는 국내 경유에 팜유 기반 바이오디젤 함량을 높이는 것입니다. 2010년부터 말레이시아는 국내 디젤 연료의 바이오디젤 함량 비율을 5vol%에서 10vol%로 높였습니다. 제12차 말레이시아 계획(RMK-12)에서는 20253년까지 국내 디젤 연료에 바이오디젤-디젤 혼합유(B30)를 30부피% 부과한다는 목표를 세웠습니다. 현재 전국 주유소에서 판매되는 상용 디젤은 다음 중 하나로 구성됩니다. 7부피%(B7) 또는 10부피%(B10) 바이오디젤-디젤. 그럼에도 불구하고 이러한 노력은 엔진 제조업체는 물론 상업용 및 개인 차량 소유자들 사이에서 이러한 구현이 연료 비용과 효율성은 물론 엔진 성능과 내구성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 우려를 불러일으킵니다.

바이오디젤 생산 비용은 기존의 석유 기반 디젤 연료4에 비해 높으므로, 바이오디젤-디젤 연료 혼합물의 바이오디젤 함량 증가로 인해 연료 생산 비용이 상승하게 됩니다. 말레이시아 국내에서는 정부가 수십 년 동안 연료 가격에 대규모 보조금 프로그램을 부과해 왔으며5 이는 증가하는 바이오디젤-디젤 연료 혼합물의 가격 인상을 흡수하여 상업용 디젤의 시장 가격을 안정화시킬 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 바이오디젤-디젤 연료의 바이오디젤 함량이 증가함에 따라 바이오디젤은 석유 기반 디젤보다 낮은 발열량(CV)을 갖기 때문에 부피당 전체 발열량은 감소할 것입니다. 이는 기존 석유 기반 디젤과 동일한 양의 에너지를 생산하기 위해 더 많은 연료를 소비해야 하므로 연료 소비가 증가하게 됩니다. 또한, 바이오디젤은 점도가 높아 연료 펌핑 및 스프레이 동작이 불량해질 수 있으므로 연료 소비도 증가할 수 있습니다6.

일반적으로 바이오디젤은 기존 디젤보다 동점도와 밀도가 더 높습니다7. 이러한 요소는 연소실에 분사될 때 연료 방울의 원자화 및 동반에 영향을 미칩니다. 그러나 커먼레일 연료분사 시스템을 탑재한 현대식 디젤 엔진에서는 전술한 특성의 효과가 다소 미미하다는 주장이 제기된다. 이는 커먼레일 연료 분사 시스템에 의해 도입된 고압 연료 분사가 연료 방울의 원자화 및 증발을 개선하여 연소 과정을 향상시키기 때문입니다8. 그럼에도 불구하고, 바이오디젤의 산소 함량이 높아짐에 따라 최대 연소 온도가 높아짐에 따라 점화 지연이 길어진다는 점을 고려할 때 바이오디젤은 더 높은 질소산화물(NOx) 배출량을 배출합니다9. 또한, 바이오디젤은 CV가 낮기 때문에 기존 디젤에 비해 연료 소비가 상당히 높습니다. 몇몇 연구에서는 커먼 레일 분사 디젤 엔진에 다양한 바이오디젤 혼합물을 사용할 때 연료 소비가 더 높다는 사실이 입증되었습니다10,11,12.