محققان کشورمان با بهره‌گیری از فناوری نانو موفق به ساخت نانوکاتالیستی شدند که توزیع پذیری و پایداری بسیار بالایی در سوخت موتورهای دیزلی دارد. این محصول سبب کاهش همزمان تمامی آلاینده‌ها، کاهش مصرف سوخت و افزایش توان وگشتاور موتور می‌شود. علاوه‌بر این به دلیل همگن شدن در سوخت، آسیبی به سیستم‌های سوخت رسانی خودرو وارد نمی‌کند.
علوم و تحقیقات تهران: کاهش آلاینده‌های ناشی از موتورهای دیزلی
منابع سوخت‌های فسیلی روز به روز در حال کم شدن و حتی اتمام هستند. از این رو نیاز به جایگزین‌هایی برای تأمین انرژی مورد نیاز جهان احساس می‌شود. همچنین آلودگی‌های بالای ناشی از احتراق این سوخت‌ها، تلاش‌های علمی محققان را به سمت یافتن سوخت‌های تجدید پذیر با قابلیت تولید انرژی بالا و میزان آلایندگی کم‌تر، سوق داده است. در میان سوخت‌های جایگزین پیشنهادی، سوخت‌های زیستی به ویژه بیواتانول به‌جای بنزین و بیودیزل به‌جای گازوئیل، مورد توجه بسیاری قرار گرفته‌است.
به گفته‌ی مهرداد میرزاجان زاده، هدف از انجام این تحقیق، سنتز نانوکاتالیستی همگن در سوخت دیزل برای کاهش آلاینده‌ها بوده است. افزایش پارامترهای عملکرد از جمله توان، گشتاور و کاهش مصرف ویژه‌ی سوخت ترمزی برای سوخت‌های مخلوط گازوئیل- بیودیزل در یک موتور دیزلی از دیگر اهداف دنبال شده در این کار است.
وی در توضیح لزوم انجام این تحقیق افزود: «استفاده از حداکثر %۲۰ بیودیزل به جای قسمتی از گازوئیل در سوخت مصرفی موتور دیزلی، بدون نیاز به تغییر در طراحی موتور، باعث کاهش چشمگیر میزان آلاینده‌های حاصل از احتراق می‌گردد. با این حال، به دلیل بالاتر بودن اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق بیودیزل (به عنوان یک آلاینده‌ی سرطان‌زا) در مقایسه با گازوئیل، و همچنین پایین‌تر بودن توان و گشتاور تولید شده توسط آن، محدودیت‌هایی در زمینه‌ی استفاده از بیودیزل وجود دارد.»
افزودن نانو کاتالیست سنتز شده در این تحقیق به مخلوط‌های سوخت گازوئیل-بیودیزل، نه تنها این مشکل را برطرف می‌نماید، بلکه باعث بهبود این پارامترها در مقایسه با سوخت گازوئیل می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت که استفاده از این محصول باعث کاهش آلایندگی هوای شهرها خواهد شد.
میرزاجان‌زاده مزیت نانوکاتالیست سنتز شده را بدین شرح بیان کرد: «بیشتر نانو کاتالیست‌هایی که در حال حاضر به عنوان افزودنی به سوخت‌ها اضافه می‌شوند به صورت امولسیون هستند. معمولاً این امولسیون‌ها از چند ماده‌ی شیمیایی دیگر مانند آب یا سورفکتانت‌ها تشکیل شده است. مشکل عمده‌ی این امولسیون‌ها، عدم پایداری طولانی مدت در سوخت است. همچنین به دلیل استفاده از سورفکتانت‌ها در ترکیب امولسیون، مشکلاتی را برای موتورهای احتراق داخلی به وجود می‌آورند. برخلاف امولسیون‌ها، ذرات کاتالیست‌های همگن در مرحله‌ی تزریق رسوب نکرده و اختلالی در عملکرد موتور ایجاد نمی‌کنند.»
این نانوکاتالیست سنتز شده، هیبریدی از دی اکسید سریم و نانولوله‌های کربنی چند دیواره‌ی عامل دار شده با آمید است. در روند آزمایش‌ها این نانوکاتالیست به دو نوع سوخت، %۵ بیودیزل-%۹۵ گازوئیل(B5) و %۲۰ بیودیزل-%۸۰ گازوئیل(B20) در سه غلظت ۳۰، ۶۰ و ppm 90 افزوده شده است. نتایج تحقیق حاکی از این است که نشاندن عامل آمیدی بر روی نانولوله‌های کربنی، که از لحاظ ساختار شیمیایی بسیار مشابه عمده مولکول‌های موجود در ساختار بیودیزل است، باعث توزیع پذیری مناسب این نانوکاتالیست در مخلوط‌های سوخت می‌گردد.
به گفته‌ی مهرداد میرزاجان زاده، هدف از انجام این تحقیق، سنتز نانوکاتالیستی همگن در سوخت دیزل برای کاهش آلاینده‌ها بوده است. افزایش پارامترهای عملکرد از جمله توان، گشتاور و کاهش مصرف ویژه‌ی سوخت ترمزی برای سوخت‌های مخلوط گازوئیل- بیودیزل در یک موتور دیزلی از دیگر اهداف دنبال شده در این کار است.
وی در توضیح لزوم انجام این تحقیق افزود: «استفاده از حداکثر %۲۰ بیودیزل به جای قسمتی از گازوئیل در سوخت مصرفی موتور دیزلی، بدون نیاز به تغییر در طراحی موتور، باعث کاهش چشمگیر میزان آلاینده‌های حاصل از احتراق می‌گردد. با این حال، به دلیل بالاتر بودن اکسیدهای نیتروژن حاصل از احتراق بیودیزل (به عنوان یک آلاینده‌ی سرطان‌زا) در مقایسه با گازوئیل، و همچنین پایین‌تر بودن توان و گشتاور تولید شده توسط آن، محدودیت‌هایی در زمینه‌ی استفاده از بیودیزل وجود دارد.»
افزودن نانو کاتالیست سنتز شده در این تحقیق به مخلوط‌های سوخت گازوئیل-بیودیزل، نه تنها این مشکل را برطرف می‌نماید، بلکه باعث بهبود این پارامترها در مقایسه با سوخت گازوئیل می‌شود. به طور کلی می‌توان گفت که استفاده از این محصول باعث کاهش آلایندگی هوای شهرها خواهد شد.
میرزاجان‌زاده مزیت نانوکاتالیست سنتز شده را بدین شرح بیان کرد: «بیشتر نانو کاتالیست‌هایی که در حال حاضر به عنوان افزودنی به سوخت‌ها اضافه می‌شوند به صورت امولسیون هستند. معمولاً این امولسیون‌ها از چند ماده‌ی شیمیایی دیگر مانند آب یا سورفکتانت‌ها تشکیل شده است. مشکل عمده‌ی این امولسیون‌ها، عدم پایداری طولانی مدت در سوخت است. همچنین به دلیل استفاده از سورفکتانت‌ها در ترکیب امولسیون، مشکلاتی را برای موتورهای احتراق داخلی به وجود می‌آورند. برخلاف امولسیون‌ها، ذرات کاتالیست‌های همگن در مرحله‌ی تزریق رسوب نکرده و اختلالی در عملکرد موتور ایجاد نمی‌کنند.»
این نانوکاتالیست سنتز شده، هیبریدی از دی اکسید سریم و نانولوله‌های کربنی چند دیواره‌ی عامل دار شده با آمید است. در روند آزمایش‌ها این نانوکاتالیست به دو نوع سوخت، %۵ بیودیزل-%۹۵ گازوئیل(B5) و %۲۰ بیودیزل-%۸۰ گازوئیل(B20) در سه غلظت ۳۰، ۶۰ و ppm 90 افزوده شده است. نتایج تحقیق حاکی از این است که نشاندن عامل آمیدی بر روی نانولوله‌های کربنی، که از لحاظ ساختار شیمیایی بسیار مشابه عمده مولکول‌های موجود در ساختار بیودیزل است، باعث توزیع پذیری مناسب این نانوکاتالیست در مخلوط‌های سوخت می‌گردد.
نمودار کاهش آلاینده‌های مخلوط سوخت با استفاده از نانو کاتالیست سنتز شده
این محقق معتقد است که با توجه به هزینه‌های مواد اولیه و لحاظ نمودن هزینه‌های تولید، تولید صنعتی و انبوه این محصول امکان‌پذیر است. از طرفی با توجه به برآوردهای اقتصادی انجام شده و همچنین در نظر گرفتن کاهش هزینه‌های عمومی ناشی از آلودگی هوا و هزینه‌های درمان و سلامت شهروندان، تجاری سازی این طرح از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود.
تحقیقات صورت گرفته حاصل همکاری مهرداد میرزاجان زاده، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، دکتر مهدی ارجمند- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب- و همکارانشان در مرکز تحقیقات بیوانرژی دانشگاه تربیت مدرس و تیم تحقیقاتی سوخت‌های زیستی است که نتایج آن در مجله‌ی Fuel (جلد ۱۳۹، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۷۴ تا ۳۸۲) منتشر شده است.
