به گزارش اطلاعات آنلاین ـ موتورهای دیزلی همه چیز را از کامیون‌های باری و تجهیزات کشاورزی گرفته تا ژنراتورها و ماشین‌آلات صنعتی به حرکت در می‌آورند. آنها به دلیل استحکام، دوام و بهره‌وری سوختشان ارزشمند هستند. اما یک جنبه منفی نیز وجود دارد؛ اگزوز دیزل منبع اصلی آلودگی هوا است و گازها و ذراتی را آزاد می‌کند که می‌توانند به سلامت انسان آسیب رسانده و به مشکلات زیست‌محیطی دامن بزنند.

به تازگی محققان در نیجریه به این نتیجه رسیدند که یک راه‌حل شگفت‌آور و ساده می‌تواند به مقابله با این مشکل کمک کند. طبق بررسی مطالعات انجام شده از سراسر جهان، مخلوط کردن مقادیر کمی آب در سوخت دیزل می‌تواند به طور چشمگیری انتشار گازهای مضر را کاهش دهد و در عین حال عملکرد موتور را حفظ و در برخی موارد حتی بهبود بخشد.

تیم تحقیقاتی دانشگاه فناوری فدرال اووری شواهدی را در مورد فناوری امولسیون آب در دیزل (WiDE) بررسی کرد؛ رویکردی که قطرات کوچک آب را در سوخت دیزل مخلوط می‌کند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که این اصلاح سوخت نسبتاً ساده می‌تواند راهی عملی برای پاک‌تر کردن موتورهای دیزلی بدون نیاز به طراحی‌های مجدد پرهزینه فراهم کند.

چرا آلودگی دیزل یک چالش است؟

با وجود مزایای فراوان، موتورهای دیزلی مقادیر قابل توجهی آلاینده تولید می‌کنند. از جمله نگران ‌کننده‌ترین آنها اکسیدهای نیتروژن است که اغلب NOx نامیده می‌شوند و به صورت ذرات معلق هستند.

اکسیدهای نیتروژن در تشکیل مه دود نقش دارند و می‌توانند ریه‌ها را تحریک کنند؛ در حالی که ذرات معلق از ذرات میکروسکوپی تشکیل شده‌اند که می‌توانند به عمق سیستم تنفسی استنشاق شوند. قرار گرفتن در معرض این آلاینده‌ها با بیماری‌های تنفسی و سایر نگرانی‌های بهداشتی مرتبط است. انتشار گازهای دیزلی نیز در اثرات زیست‌ محیطی مرتبط با آب و هوا نقش دارند.

وسایل نقلیه دیزلی مدرن اغلب برای کاهش آلودگی به فناوری‌هایی مانند مبدل‌های کاتالیزوری و فیلترهای ذرات متکی هستند. اگرچه این سیستم‌ها مؤثر هستند اما می‌توانند پیچیدگی و هزینه موتورها را افزایش دهند. محققان پیشنهاد می‌کنند که فناوری امولسیون آب در دیزل ممکن است یک رویکرد مکمل ساده‌تر ارائه دهد.

نحوه عملکرد سوخت آب در دیزل

در نگاه نخست، افزودن آب به سوخت دیزل ممکن است غیرمنطقی به نظر برسد. آب و سوخت معمولاً ترکیب بدی در داخل موتور در نظر گرفته می‌شوند.

نکته کلیدی این است که آب به سادگی در مخزن سوخت ریخته نمی‌شود. در عوض، قطرات ریز آب با استفاده از ترکیباتی به نام سورفکتانت‌ها به طور مساوی در سراسر دیزل پراکنده می‌شوند. سورفکتانت‌ها مانند تثبیت‌ کننده‌ها عمل کرده و به آب کمک می‌کنند تا در سوخت معلق بماند و از جدا شدن مخلوط جلوگیری می‌کند. طبق این بررسی، امولسیون‌های فرموله شده مناسب می‌توانند تا شصت روز پایدار بمانند.

هنگامی که سوخت به موتور تزریق و مشتعل می‌شود، اتفاق غیرمعمولی رخ می‌دهد. آب محبوس شده به سرعت به بخار تبدیل می‌شود. این انبساط ناگهانی چیزی را ایجاد می‌کند که محققان آن را «انفجار میکرو» می‌نامند که سوخت را به قطرات ریزتر تبدیل کرده و نحوه مخلوط شدن آن با هوا را بهبود می‌بخشد.

اختلاط بهتر منجر به احتراق کامل‌تر می‌شود؛ در عین حال، وجود آب به کاهش دمای اوج احتراق در داخل موتور کمک می‌کند. این ترکیب دو مزیت مهم را به همراه دارد. دمای پایین‌تر تشکیل اکسیدهای نیتروژن را کاهش می‌دهد؛ در حالی که احتراق کامل‌تر، انتشار دوده و ذرات معلق را کاهش می‌دهد.

کاهش‌های عمده انتشار و راندمان بهتر

مطالعات بررسی شده توسط محققان نتایج چشمگیری را گزارش کردند.

در مقایسه با سوخت دیزل معمولی، فناوری امولسیون آب در دیزل، انتشار اکسید نیتروژن را تا 67 درصد و انتشار ذرات معلق را تا 68 درصد کاهش داد.

این مزایا محدود به اگزوز تمیزتر نبود. بسیاری از آزمایش‌ها همچنین بهبودهایی را در راندمان حرارتی ترمز، معیاری برای سنجش میزان اثربخشی تبدیل انرژی سوخت به نیروی مکانیکی مفید توسط موتور، نشان دادند. راندمان بالاتر به این معنی است که بیشتر انرژی سوخت برای انجام کار استفاده می‌شود تا این که به صورت گرما از دست برود.

دکتر «چوکوومکا فورتوناتوس ننادوزیه»، پژوهشگر اصلی، گفت: "امولسیون‌های آب در دیزل روشی عملی و مقرون به صرفه برای پاک‌تر کردن موتورهای دیزلی هستند. از آنجا که این فناوری نیازی به طراحی مجدد موتور ندارد، مسیری فوری به سوی کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در کشورهای در حال توسعه و توسعه یافته ارائه می‌دهد."

نقش حیاتی سورفکتانت‌ها

یکی از عوامل اصلی موفقیت فناوری  WiDE، انتخاب سورفکتانت‌ها است.

این مواد شیمیایی به آب و دیزل، دو ماده‌ای که معمولاً با هم مخلوط نمی‌شوند، اجازه می‌دهند تا به طور مساوی در سراسر سوخت توزیع شوند. اگر امولسیون ناپایدار شود، عملکرد و ایمنی می‌تواند تحت تأثیر قرار گیرد.

محققان دریافتند که استفاده از ترکیبی از سورفکتانت‌ها اغلب پایدارترین مخلوط‌های سوخت و بهترین عملکرد احتراق را ایجاد می‌کند. انتخاب فرمولاسیون مناسب سورفکتانت به عنوان یکی از مهمترین جنبه‌های موثر در عملکرد این فناوری شناسایی شد.

پلی به سوی حمل و نقل پاک‌تر

اگرچه نتایج امیدوارکننده هستند اما محققان تأکید می‌کنند که هنوز به مطالعات بیشتری نیاز است. کارهای آینده می‌تواند به شناسایی مؤثرترین ترکیبات سورفکتانت کمک کرده و تعیین کند که استفاده طولانی مدت از امولسیون‌های دیزل آب چگونه بر اجزای موتور تأثیر می‌گذارد.

این تیم همچنین خاطرنشان می‌کند که فناوری WiDE لزوماً برای جایگزینی سایر فناوری‌های سوخت پاک در نظر گرفته نشده است. در عوض، می‌تواند در کنار رویکردهایی مانند بیودیزل و سیستم‌های پیشرفته کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای برای کاهش بیشتر آلودگی و حمایت از اهداف اقلیمی عمل کند.

پروفسور «امکا امانوئل اوگوزی»، یکی از پژوهشگران این مقاله، گفت: "این فناوری می‌تواند شکاف بین استفاده از دیزل معمولی و آینده‌ای با انرژی پاک‌تر را پر کند. با فرمولاسیون و آزمایش مناسب، می‌تواند به بخش مهمی از حمل و نقل پایدار و سیستم‌های قدرت صنعتی تبدیل شود."

برای صنایعی که همچنان به نیروی دیزل وابسته هستند، ترکیبی ساده از آب و سوخت می‌تواند مسیری غیرمنتظره و مؤثر به سوی هوای پاک‌تر ارائه دهد.

نتایج این پژوهش در ژورنال Carbon Research با عنوان زیر منتشر شده است:

"Advancements in diesel emission reduction strategies: a focus on water-in-diesel emulsion technology"