Propriedades físicas, desempenho do motor e emissões de escape de misturas de resíduos de óleo de peixe, biodiesel/bioetanol/combustível diesel

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14024 (2023) Citar este artigo

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No presente estudo, foram investigados os aspectos físico-químicos, o desempenho do motor e a emissão de gases de escape de diferentes misturas ternárias de combustível contendo biodiesel, bioetanol e petrodiesel de óleo de peixe residual (WFO). O Biodiesel WFO foi preparado a partir de óleo de peixe residual através do método de transesterificação. Diferentes propriedades físico-químicas, incluindo viscosidade cinemática, densidade, ponto de fulgor, ponto de fluidez, ponto de turvação e valor térmico, foram medidas para diferentes misturas de combustível e comparadas com o petrodiesel puro. O desempenho e as emissões de escape do motor também foram estudados usando diferentes misturas de combustível usando um motor diesel monocilíndrico em plena carga a 1800 rpm. Verificou-se que o torque do motor, a potência do motor e a eficiência térmica das misturas ternárias de combustível foram reduzidos em 2,45%, 9,25% e 2,35% em média em comparação com o petrodiesel puro, respectivamente. O consumo médio específico de combustível também aumentou 10,44% em relação ao petrodiesel puro. Também foram medidas as emissões de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos não queimados (UHC) e óxidos de nitrogênio (NOx). Verificou-se também que a utilização de misturas ternárias de combustíveis resulta numa redução considerável nas emissões de CO e UHC em 50,55% e 43,87% em média em comparação com o petrodiesel puro, respetivamente. A emissão de NOx também aumentou em média 28,25% em relação ao petrodiesel puro. Verificou-se também que a emissão de NOx pode ser ajustada ajustando o conteúdo de biodiesel e bioetanol WFO das misturas ternárias de combustível.

O esgotamento dos recursos de combustíveis fósseis, a poluição causada pela queima de combustíveis fósseis, como óxidos de carbono (COx), óxidos de nitrogênio (NOx), hidrocarbonetos não queimados (UHC), emissões de matérias específicas (PM) são as questões mais preocupantes sobre a utilização de combustíveis fósseis1 ,2. Por isso, os pesquisadores estão sempre em busca de alternativas adequadas aos combustíveis fósseis. A energia solar, a energia eólica, a energia das ondas e a energia geotérmica são fontes de energia renováveis ​​interessantes. Os biocombustíveis, como um dos recursos energéticos renováveis, podem ser aplicados em aplicações semelhantes de combustíveis fósseis porque as especificações dos biocombustíveis podem ser semelhantes às do combustível diesel. Dependendo do tipo de biocombustível e da sua aplicação, os biocombustíveis podem ser utilizados isoladamente ou em combinação com combustíveis fósseis. Por exemplo, o biodiesel puro pode ser aplicado em um sistema de combustão de caldeira, mas a mistura de biodiesel e petrodiesel pode ser aplicada em um motor de combustão interna3,4,5,6.

O bioetanol é um biocombustível renovável e ecológico que pode ser produzido a partir de açúcar, amido e fontes celulósicas por processos de fermentação e hidrólise6. Diversas matérias-primas, como açúcar, milho, trigo, batata, caule, feno, resíduos agrícolas, melaço, macroalgas, microalgas e algas marinhas são matérias-primas potenciais para a produção de bioetanol7,8. As matérias-primas como açúcar, milho e batata são recursos comestíveis que se enquadram nas matérias-primas de primeira geração para a produção de biocombustíveis, que não são recomendadas para a produção de bioetanol devido ao debate entre alimentos versus combustível. A aplicação de resíduos agrícolas, melaços, macroalgas, microalgas e algas marinhas como matérias-primas para biocombustíveis poderia ser uma solução adequada para este problema9. O bioetanol não pode ser utilizado como único combustível nos motores diesel e deve ser misturado ao petrodiesel1,10. A utilização do combustível misto diesel/bioetanol apresenta algumas vantagens como aumento da taxa de combustão pré-misturada, melhoria da eficiência térmica e também redução da exaustão de fumaça1. No entanto, existem alguns desafios na adição de bioetanol ao combustível diesel, como a solubilidade limitada do bioetanol no diesel, a possível separação das fases do combustível em condições frias e o efeito negativo do bioetanol em algumas especificações do combustível, como o número de cetano, o valor calorífico e o ponto de inflamação11,12. A adição de emulsificantes ou co-solventes é recomendada para resolver o problema de separação de fases na mistura de combustível diesel/bioetanol. Entre os diferentes co-solventes potenciais, a aplicação de ésteres é recomendada porque os ésteres podem melhorar as propriedades da mistura e cobrir os efeitos negativos do bioetanol na mistura de combustível10,13.