Nikel (III) oksit nanoparçacık ilavesi ile biyodizel ve n-butanol yakıtlarının dizel motor performansına ve emisyonlarına etkisi

Temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, dizel motorlarda çevresel etkileri azaltacak ve verimi artıracak alternatif yakıt arayışını hızlandırmıştır. Bu kapsamda biyodizel ve alkol bazlı yakıtlar ile nanoteknoloji tabanlı katkı maddeleri, dizel motorlar için umut verici seçenekler olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma, biyodizel (B20) ve biyo-dizel–n-bütanol (B20But10) yakıt karışımlarına farklı oranlarda (25, 50, 75 ve 100 ppm) Nikel (III) oksit (Ni₂O₃) nanoparçacıkları eklenerek motor performansı, yanma ve egzoz emisyonlarının ayrıntılı bir şekilde incelenmesini amaçlamaktadır. Deneyler tek silindirli, dört zamanlı, su soğutmalı ve direkt enjeksiyonlu bir dizel motor üzerinde dört farklı yükte (0,3; 1,0; 2,0 ve 3,0 bar BMEP) gerçekleştirilmiştir. Yakıtların fiziksel ve kimyasal özellik-leri incelendiğinde Ni₂O₃ ilavesinin yoğunluk, kinematik viskozite ve setan indeksinde artışa, alt ısıl değer ve parlama noktasında ise azalmaya yol açtığı belirlenmiştir. Sonuçlar, Ni₂O₃ katkısının atomizasyonu iyileştirerek premiks yanma fazını güçlendirdiğini, bunun sonucunda silindir içi maksimum basıncın B20’de 53,03 bar’dan 55,86 bar’a, B20But10’da ise 52,21 bar’dan 55,45 bar’a yükseldiğini göstermiştir. Benzer şekilde, maksimum HRR değerleri B20’de 29,45 J/°CA, B20But10’da 30,02 J/°CA seviyesine ulaşmıştır. Motor performansı açısından fren termal verimi (FTV) her iki yakıtta da yük arttıkça yükselmiş; tam yükte B20 için %23,96’dan %24,89’a, B20But10 için %23,89’dan %24,94’e çıkmıştır. Fren özgül yakıt tüketimi (FÖYT) ise sırasıyla 0,331’den 0,309 kg/kWh’e ve 0,348’den 0,333 kg/kWh’e düşmüştür. Emisyon analizlerinde CO, HC, NOₓ ve duman değerlerinde anlamlı azalmalar elde edilirken, daha tamamlanmış yanma nede-niyle CO₂ emisyonlarında sınırlı bir artış gözlenmiştir. Özellikle butanol içeren B20But10 karışımlarında oksijen içeriğinin katkısı ve Ni₂O₃’ün katalitik etkisi bir araya gelerek CO ve HC emisyonlarında B20’ye kıyasla daha fazla iyileşme sağlamıştır. Çalışmada ayrıca Yanıt Yüzey Metodolojisi (YYM) kullanılarak motor performansı ve emisyonlar için ikinci dereceden regresyon modelleri geliştirilmiştir. Modeller yüksek doğruluk göstermiş (R² = %90,9–%99,9) ve hata oranları %2–6 arasında kalmıştır. Oluşturulan beş farklı optimizas-yon modeli, farklı işletme önceliklerini yansıtacak şekilde tasarlanmıştır. Örneğin dengeli yaklaşımda (Model 1) optimum noktalar B20 için 63 ppm ve 1,3 bar BMEP, B20But10 için 58 ppm ve 1,3 bar BMEP olarak belirlenmiştir.