Wpływ zastosowania biodiesla oraz jego mieszanek z olejem napędowym na emisję lotnych węglowodorów aromatycznych

• Authors: Adam Prokopowicz , Marzena Zaciera , Andrzej Szczotka , Andrzej Sobczak

Title variants

EN

The effects of biodiesel and its blends with diesel oil on the emission of volatile aromatic hydrocarbons

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Wstęp: W ostatnim czasie kładzie się nacisk na stosowanie
paliw odnawialnych a biodiesel jest atrakcyjną alternatywą
dla konwencjonalnego oleju napędowego.
Z uwagi na fakt, że wpływ zawartości biodiesla na emisję
poszczególnych związków chemicznych nie jest w pełni
scharakteryzowany, ocenialiśmy emisję lekkich węglowodorów
aromatycznych w zależności od ilości dodanego
biodiesla w konwencjonalnym oleju napędowym. Materiał
i metody: W pracy przeprowadzono badania emisji
benzenu, etylobenzenu, toluenu i ksylenów podczas nowego
europejskiego cyklu jezdnego NEDC samochodu
osobowego wyposażonego w silnik Diesla z zastosowaniem
paliw o następującym składzie: 100% oleju napędowego
(B0), 100% estrów metylowych kwasów tłuszczowych
oleju rzepakowego (B100), 7, 15, i 30% bioestru
w oleju napędowym (B7, B15, B30), oraz 30% uwodornionych
olejów roślinnych w oleju napędowym (HVO30).
Wyniki: Spośród oznaczanych związków benzen i toluen
były emitowane w największej ilości. Wyższe emisje oznaczanych
węglowodorów występowały podczas cyklu miejskiego
w porównaniu do cyklu pozamiejskiego testu,
przy czym zaznaczył się wyraźny trend w kierunku wzrostu
tych stężeń wraz ze wzrostem zawartości w paliwie
bioestru. Natomiast dodatek HVO znacząco obniżył emisję
większości oznaczanych związków nawet w porównaniu
do konwencjonalnego oleju napędowego. W cyklu
pozamiejskim emisja oznaczanych węglowodorów była
znacznie niższa i porównywalna dla większości badanych
paliw. Jednak w odniesieniu do konwencjonalnego oleju
napędowego zaobserwowano obniżenie emisji badanych
związków dla paliw z zawartością biodiesla. Wnioski:
Wyniki badań wskazują na wzrost emisji zwłaszcza benzenu
i toluenu w cyklu miejskim oraz jej spadek w cyklu
pozamiejskim testu NEDC wraz ze wzrostem zawartości
estrów metylowych kwasów tłuszczowych w oleju napędowym.
Na emisję w cyklu miejskim największy wpływ
miały prawdopodobnie warunki związane z zimnym rozruchem
silnika występujące podczas tego cyklu. Powstawanie
szkodliwych węglowodorów aromatycznych można
tłumaczyć większymi gęstościami paliwa z dodatkiem biodiesla
w porównaniu do gęstości samego oleju napędowego
lub także występowaniem w nich większej ilości
wiązań nienasyconych. Dodatek HVO do oleju napędowego
miał najbardziej pozytywny wpływ na emisję badanych
węglowodorów aromatycznych.

EN

Background: In recent times, the emphasis is placed
on the use of renewable fuels as well as biodiesel as an
attractive alternative to conventional diesel fuel. Due to
the fact that the impact of biodiesel on various chemical
compounds exhaust emissions is not completely characterized,
we have evaluated the emissions of volatile aromatic
hydrocarbons in relation to biodiesel content in
conventional diesel fuel. Material and methods: In the study we have assessed the emission of benzene, toluene,
ethylbenzene and xylens during New European Driving
Cycle NEDC for a passenger car with a diesel engine using
the following fuels: 100% diesel fuel (B0), 100% rapeseed
methyl esters (B100), 7, 15 and 30% rapeseed methyl
esters in diesel fuel (B7, B15, B30), and 30% hydrotreated
vegetable oil in diesel fuel (HVO30). Results: Among all
determined compounds, benzene and toluene were emitted
in the largest quantities. Higher emissions were determined
during urban driving cycle then during extraurban
driving cycle. A clear trend was observed when
along with increasing amount of added rapeseed methyl
esters the emission increased. However, additive of HVO
decreased the emission of the most volatile aromatic
compounds even when compared to conventional diesel
fuel. During extra-urban driving cycle the emission was
significantly lower and comparable for most fuels tested.
Nevertheless in the context of conventional diesel fuel,
lower emission for fuels with biodiesel was observed. Conclusion:
The results have indicated the increase in benzene
and toluene exhaust emissions mostly during urban driving
cycle and its decrease during extra-urban driving cycle
in NEDC test with increasing content of fatty acids
methyl esters in diesel fuel. The emission in urban cycle
was probably influenced by cold-start condition during
this cycle. Generation of volatile aromatic hydrocarbons
may be related to higher density of fuel with biodiesel in
comparison to density of diesel oil or higher amount of
unsaturated bounds in these fuels. Additives of HVO to
diesel fuel appeared to be very effective on exhaust emission
of aromatic hydrocarbons.

Keywords

EN

biodiesel; emisja spalin; lotne związki aromatyczne

Discipline

• CHEMISTRY: CHEMISTRY

• Publisher: Polish Society of Environmental Medicine, Institute of Occupational Medicine and Environmental Health
• Journal: Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine
• Year: 2013
• Volume: 16
• Issue: 4
• Pages: 57-63

Contributors

author

Adam Prokopowicz

• Zakład Szkodliwości Chemicznych i Toksykologii Genetycznej Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego

author

Marzena Zaciera

• Zakład Szkodliwości Chemicznych i Toksykologii Genetycznej Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego

author

Andrzej Szczotka

• Zakład Badań Silników Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o.

author

Andrzej Sobczak

• Zakład Szkodliwości Chemicznych i Toksykologii Genetycznej Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego; Zakład Chemii Ogólnej i Nieorganicznej, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej

References

• 1. Roszkowski A.: Biodiesel w UE i Polsce – obecne uwarunkowania i perspektywy. Problemy Inżynierii Rolniczej 2012 (VII-IX); 77(3): 65-78.
• 2. Kulczycki A., Dzięgielewski W.: Biopaliwa lotnicze oparte na biowęglowodorach i innych biokomponentach. J. KONBiN 2011; 1(17): 165-178.
• 3. McCormick R., L.: The Impact of Biodiesel on Pollutant Emissions and Public Health. 2007, Inhal. Toxicol. 19 s. 1033-1039.
• 4. Xue J., Grift T. E., Hansen A. C.: Effect of biodiesel on engine performances and emissions. Renew. Sustain. Energy Rev. 2011; 15: 1098-1116.
• 5. Snyder R., Andrews L. S.: Toxic effects of solvents and vapors. (w:) Klassen C. D. (ed.): Casarett and Doull’s Toxicology: The Basic Science f Poisons. Fifth Edition. McGraw-Hill, International Edition, 1995: 737-771.
• 6. Baan R., Grosse Y. Straif K. i wsp.: A review of human carcinogens- Part F: Chemical agents and related occupations. Lancet Oncol. 2009; 10(12): 1143-1144.
• 7. Toxicological profile for ethylbenzene. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. CDC Atlanta, 2010.
• 8. Bielaczyc, P., Merkisz, J., and Pielecha, J. Exhaust emission from diesel engine during cold start in ambient temperature conditions. SAE paper 2000-05-0316.
• 9. Bielaczyc P., Pajdowski P.: Investigation of cold start emissions from passanger car with DI diesel engine using the modal analysis method. J. Kones Combust. Engines 2001; 8(1-2): 100-108.
• 10. Karavalakis G., Bakeas E., Fontaras G.i wsp.: Effect of biodiesel origin on regulated and particle-bound PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon) emissions from a Euro 4 passenger car. Energy 2011; 36: 5328-5337.
• 11. Macor A., Avella F., Faedo D.: Effects of 30% v/v biodiesel/diesel fuel blend on regulated and unregulated pollutant emissions from diesel engines. Appl. Energy 2011; 88: 4989-5001.
• 12. Fontaras G., Karavalakis G., Kousoulidou M. i wsp.: Effects of biodiesel on passanger car fuel consumption, regulated and non-regulated pollutant emissions over legislated and real work driving cycles. Fuel 2009; 88: 1608-1617.
• 13. Payri F., Bermudez V.R., Tormos B., i wsp.: Hydrocarbon emissions speciation in diesel and biodiesel exhausts. Atm. Environ. 2009; 43: 1273-1279.
• 14. Magara-Gomez K.T., Olson M.R., Okuda T. i wsp.: Sensitivity of hazardous air pollutant emissions to the combustion of blends of petroleum diesel and biodiesel fuel. Atm. Environ. 2012; 50: 307-313.
• 15. Correa S.M., Arbilla G.: Aromatic hydrocarbons emissions in diesel and biodiesel exhaust. Atm. Environ. 2006; 40: 6821- 6826.
• 16. Turrio – Baldassarri L., Battistelli C.L., Conti L., i wsp.: Emission comparison of Urban bus engine fueled with diesel oil and “biodiesel” blend. Sci. Tot. Environ. 2004; 327: 147-162.
• 17. Sharp C., Howell S., Jobe.: The effect of biodiesel fuel on transient emissions from modern diesel engines, Part II: Unregulated emissions and chemical characterization. SAE ech. Pap. Ser. 2000a, No 2000-01-1968.
• 18. Geyer S. M., Jacobus M. J., Lestz S. S.: Comparison of diesel engine performance and emissions from neat and transesterified vegetable oils. Trans. Am. Soc. Agric. Eng. 1984; 27: 375-381.
• 19. Di Y., Cheung C.S., Huang Z.: Experimental investigation on regulated and unregulated emissions of a diesel engine fueled with ultra-low sulfur diesel fuel blended with biodiesel with waste cooking oil. Sci. Tot. Environ. 2009; 407: 835-846.
• 20. Zhu L., Cheung C. S. Zhang W. G. i wsp.: Effects of ethanolbiodiesel blends and diesel oxidation catalyst (DOC) on particulate and unregulated emissions. Fuel 2013; 113: 690-696.

• Document Type: paper