الجرافين يحسِّن أداء محركات الديزل وكفاءتها

فريق بحثي  ياباني مشترك ينجح في تحسين جودة وقود الديزل وكفاءته باستخدام صفائح الجرافين النانوية والوقود الحيوي المستخرج من نبات الجاتروفا

 D775A06C BA90 4CEA BE3A308E83767630 الجرافين يحسِّن أداء محركات الديزل وكفاءتها

 منذ طور العالِمان الروسيان “أندريه غييم” و”كونستانتين نوفوسيلوف” من جامعة مانشستر مادة الجرافين عام 2004، ومنحتهما الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010، لم ينقطع الاهتمام البحثي بهذه المادة، المشتقة من الكربون، والتي تتمتع بمزايا أهلتها للاستخدام في عدة مجالات، وأهمها قدرتها على توصيل الكهرباء، مع ميزة السماح بنفاذ الحرارة والضوء عبر جزيئاتها.

ويُستخدم الجرافين على نطاق واسع في إنتاج الشرائح الإلكترونية والاستخدامات الطبية، وتحلية مياه البحر، وتنقية المياه من الملوِّثات، ولكن مؤخرًا عمل فريق بحثي مصري ياباني -من الجامعة المصرية اليابانية للعلوم والتكنولوجيا وكلية المواد والتكنولوجيا الكيميائية بمعهد طوكيو للتكنولوجيا اليابانية- على الاستفادة من خصائصها في تحسين جودة الوقود المستخدم في محركات الديزل وكفاءته.

 

وتعمل الأبحاث العلمية على تحسين كفاءة هذه المحركات عبرالعديد من التجارب، وهو ما سعى له الفريق البحثي المصري الياباني المشترك، والذي اختبر إضافة صفائح الجرافين النانوية graphene nanoplatelet (GNPs) إلى وقود الديزل المخلوط بما نسبته 20% من الوقود الحيوي المستخرَج من نبات الجاتروفا jatropha، والمعروف اختصارًا بـJB20، مما أسهم في تحسين كفاءة أداء المحرك، وعملية احتراق الوقود، وتقليل الانبعاثات الملوِّثة الصادرة عنه، كما تكشف نتائج الدراسة المنشورة بدورية الطاقة (Energy).

 

ويمتاز وقود محركات الديزل (السولار) بأنه أعلى في لزوجته من وقود محركات البنزين (الجازولين)، ولذلك فإن محركات الديزل هي الأنسب في التعامل مع الوقود الحيوي الذي يتميز بكثافته العالية.

 

الخصائص المميزة للاحتراق

اختبرت الدراسة إضافة أربعة تركيزات من صفائح الجرافين النانوية (25، 50، 75، 100ملجم/ لتر)، إلى وقود الديزل المخلوط بنسبة 20% من الوقود الحيوي المستخرج من نبات الجاتروفا.

وشمل الاختبار الذي تم إجراؤه على أحد المحركات، فحص الخصائص المميزة للاحتراق، وهي أقصى ضغط يصله الوقود داخل أسطوانة المحرك (ذروة أسطوانة الضغط peak cylinder pressure)، ومعدل تغيُّر الضغط بالنسبة للزمن، لاختبار مدى انتظامه، إذ إن الصعود والهبوط المفاجِئَين غير مطلوبين(highest rate of pressure rise) ، ومتوسط درجة حرارة الغاز عند الاحتراق (درجة حرارة الغاز المتوسطية) ، وأقصى معدل حرارة منطلقة نتيجة احتراق الوقود ((maximum heat release rate، ونسبة كمية الوقود المحترق.

وجرى فحص الخلطات المصنفة، وفق الدراسة، تحت أحمال وسرعات مختلفة للمحرك engine loads and speeds.

كما شمل الاختبار الخصائص المعبرة عن أداء المحرك والفرامل، مثل كفاءة المحرك عندما يتم التحميل عليه (الكفاءة الحرارية الفرملية (BTE، وكمية استهلاك الوقود في أثناء التحميل على المحرك (الاستهلاك النوعى الفرملى للوقود (bsfc)، والنسبة المكافئة، والتي تعبر عن النسبة الزائدة فى استهلاك الوقود.

اختبار العوامل البيئية

وتضمَّن الاختبار أيضًا اختبار معدل انبعاث بعض العناصر البيئية الملوِّثة للبيئة، مثل درجة حرارة غاز العادم (EGT)، ونسب أول أكسيد الكربون (CO)، وأكسيد النيتروجين (NO)، والهيدروكربونات غير المحترقة (UHC).

يقول أحد الباحثين الرئيسيين بالدراسة- في تصريح خاص لـ”للعلم”: إن النسبة المثالية التي تَحققت معها أعلى فائدة هي 50 ملجم من صفائح الجرافين النانوية لكل لتر من وقود الديزل المخلوط بنسبة 20% من الوقود الحيوي المستخرج من نبات الجاتروفا.

وأوضح حسن أن إضافة هذه النسبة أسهمت في التقليل من التلوث الناجم عن محركات الديزل، وفي الوقت نفسه قللت من استهلاك الوقود النفطي.

وعَزا حسن ذلك إلى أن إضافة صفائح الجرافين النانوية أدت إلى زيادة كلٍّ من ضغط الأسطوانة ومعدل ارتفاع الضغط، مما زاد من كفاءة المحرك، كما أسهمت في تقصير مدة الاشتعال والبدء السريع لعملية الاحتراق، مما أدى إلى ارتفاع معدل انطلاق الحرارة الكلية وكذلك معدل انطلاق الحرارة الفرملية، ويرجع ذلك إلى أن الموصلية الحرارية للجرافين عالية، بما يسرع من انتقال الحرارة والوقود.

وفقًا لنتائج الدراسة التي حصلت “للعلم” على نسخة منها، فقد زادت الكفاءة الحرارية الفرملية بنسبة 25% وقل الاستهلاك النوعي للوقود الفرملي بنسبة 20%، مما قلل من الاستهلاك الكلي للوقود وزاد من كفاءة المحرك.

كما تكشف نتائج الدراسة عن أن انبعاثات أول أكسيد الكربون وأكسيد النيتروجين والهيدروكربونات غير المحترقة قد تقلصت بنسبة 60% و40% و50% على الترتيب.

الرابط المختصر : http://review.topmaxtech.net/?p=71570

  • تمت قراءته 140 مرة
  • جديد التكنولوجيا

  • أخر تعديل :
تفاصيل المقالة