Wykaz Projektów
Streszczenie

Badanie wpływu nanomodyfikatorów paliw na emisję cząstek stałych i szkodliwych substancji chemicznych z silników wysokoprężnych

Kierownik projektu: dr Elżbieta Dobrzyńska

Streszczenie projektu:

Celem głównym projektu było ustalenie zależności pomiędzy dodatkiem nanomodyfikatora i/lub biodiesla do oleju napędowego (ON) a obniżaniem poziomu emisji szkodliwych substancji chemicznych i cząstek stałych z silników wysokoprężnych do powietrza pomieszczeń pracy i powietrza atmosferycznego. Poszukiwanie rozwiązań ukierunkowanych na obniżenie szkodliwych emisji spalin silników wysokoprężnych do atmosfery i środowiska pracy jest ważnym zagadnieniem, biorąc pod uwagę potencjalne zagrożenia dla zdrowia człowieka, obawy dotyczące zasobów i cen ropy naftowej czy kryzys zmian klimatycznych w środowisku. Dlatego też badania przedstawione w niniejszym projekcie ukierunkowane były na określenie wpływu 2 dostępnych w handlu nanomodyfikatorów paliwa, a także hydrorafinowanego oleju roślinnego dodawanych do oleju napędowego na emisję węglowodorów (THC), tlenków azotu (NOx), tlenków węgla (CO i CO2) i cząstek stałych (PM) z pojazdów osobowych, które są powszechne na drogach.

W przeprowadzonych badaniach wykorzystano silniki wysokoprężne bez systemów oczyszczania spalin zasilane olejem napędowym, a także jego mieszaniną z nanododatkiem na bazie ditlenku ceru. Badania wstępne prowadzono na przygotowanym w CIOP-PIB modelowym stanowisku, wyposażonym w silnik Diesla 2,0 TDI z Volkswagena, gdzie wykorzystano wielogazowe analizatory Dräger X-am 7000 wyposażone w odpowiednie czujniki do pomiarów stężeń tlenków azotu, tlenków węgla i węglowodorów. Emisję cząstek stałych określano za pomocą trzynastopoziomowego niskociśnieniowego impaktora kaskadowego ELPI. Druga część pomiarów przeprowadzona została na hamowni silnikowej z wykorzystaniem silnika badawczego o zapłonie samoczynnym XUD9. Stanowisko hamowni silnikowej zintegrowane było z systemem analizatorów spalin samochodowych do pomiaru stężenia CO, CO2, NOx i THC. Do wyznaczenia stężenia PM w spalinach zastosowano metodę korelacyjną badania cząstek stałych na podstawie badań zaciemnienia spalin. Wyniki przeprowadzonych pomiarów nie pozwoliły na ustalenie jednoznacznych zależności pomiędzy dodatkiem nanomodyfikatora a poziomem emisji szkodliwych dla zdrowia człowieka składników spalin. W związku z powyższym podjęto próby bardziej zaawansowanych badań emisji spalin na hamowni podwoziowej, jak również sprawdzono inne handlowo dostępne nanomodyfikatory paliw. Badania poszerzone zostały o sprawdzenie modyfikatorów ON zawierających nanocząstki ferrocenu oraz wybranego na potrzeby projektu biopaliwa, tj. hydrorafinowanego oleju roślinnego (HVO). Pomiary przeprowadzono z wykorzystaniem samochodu osobowego wyposażonego w silnik o zapłonie samoczynnym, spełniającego wymagania normy emisji spalin Euro 3 i zasilanego odpowiednią mieszanką oleju napędowego. Celem tych prac było odzwierciedlenie potencjalnych warunków drogowych i znalezienie rozwiązania pozwalającego na zmniejszenie emisji z tego typu silników wysokoprężnych. Uzyskane w testach NEDC, tj. nowym europejskim teście jezdnym, wyniki potwierdziły wpływ dodatków paliwowych na obniżanie emisji poszczególnych składników spalin silników diesla. Dodatki do paliwa B7, takie jak nanocząstki ferrocenu i ditlenku ceru, jak również paliwo ze źródeł odnawialnych, jakim jest HVO, i ich mieszaniny przygotowane na potrzeby projektu spowodowały znaczne obniżenie emisji CO i THC w stosunku do paliwa bazowego B7. Ustalono, że dodatek do oleju napędowego biopaliwa HVO wpływał na obniżenie emisji do powietrza stanowisk pracy tlenków węgla, węglowodorów i tlenków azotu. Na zmniejszenie emisji cząstek stałych (do 10% masy cząstek stałych i 7% liczby cząstek stałych) najlepszy wpływ miał dodatek nanocząstek ditlenku ceru do paliwa B7 (również z domieszką 10 i 30% HVO), natomiast na zmniejszenie emisji formaldehydu, a także tlenków azotu dodatek nanocząstek ferrocenu do paliwa B7 i 30% HVO.

Ponadto dla przygotowywanych mieszanek paliwowych wykonywano pomiary parametrów fizykochemicznych, takich jak liczba cetanowa i indeks cetanowy, lepkość kinematyczna, gęstość, skład frakcyjny oraz zawartość siarki, wody i zanieczyszczeń. Wyznaczone wartości posłużyły do interpretacji wpływu, jaki może mieć zmiana danego parametru na przebieg spalania i w konsekwencji emisję poszczególnych składników gazowych spalin silnika wysokoprężnego, jak również cząstek stałych.

W wyniku realizacji projektu przygotowano sprawozdania i raporty z realizacji etapów oraz całości projektu. Przygotowano materiały informacyjne w formie broszury na temat ograniczania emisji szkodliwych substancji chemicznych i cząstek stałych podczas pracy silników wysokoprężnych, jak również materiały szkoleniowe dotyczące szkodliwego działania spalin silników wysokoprężnych i środków prewencji. W celu weryfikacji obu materiałów przeprowadzono seminarium dla 50 przedstawicieli pracowników, pracodawców i specjalistów ds. BHP.

Wyniki projektu przedstawiono w 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu krajowym, 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym i w 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu międzynarodowym.  Przygotowano również referaty i doniesienia na 3 konferencje krajowe i 2 międzynarodowe.

Projekt III.N.20. Wyniki emisji CO, NOx, THC i cząstek stałych z silnika zasilanego różnymi mieszankami paliw



Jednostka: Pracownia Zagrożeń Chemicznych

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019