葡萄柚皮粉加氢处理植物油(GPPHVO)混合燃料对柴油发动机性能及排放的影响：基于不同喷嘴开启压力的评估

本研究针对传统柴油燃料的环境污染问题，创新性地利用柑橘加工废料葡萄柚皮制备加氢处理植物油(GPPHVO)，通过系统评估25% GPPHVO混合燃料在190/220/250 bar喷嘴开启压力下的发动机性能与排放特性，发现其热效率(20-35%)与柴油相当，且CO、HC排放显著降低，为废弃生物质资源化及清洁能源开发提供了新思路。

　　

随着全球对化石燃料依赖引发的环境问题日益严峻，寻找可持续的清洁能源已成为迫切需求。传统生物柴油虽能减少温室气体排放，但其原料多来自粮食作物，引发"与粮争地"的伦理争议。与此同时，全球每年产生数百万吨柑橘加工废料，这些富含油脂的果皮往往被直接丢弃，既造成资源浪费又加重环境负担。在此背景下，研究人员将目光投向了一种看似不起眼的废弃物——葡萄柚皮。

为解决这一双重挑战，国内研究人员开展了一项创新研究，首次将葡萄柚皮粉通过加氢处理工艺转化为植物油(GPPHVO)，并系统评估其作为柴油替代燃料的可行性。这项发表在《Results in Chemistry》的研究，通过精确控制喷嘴开启压力(190-250 bar)，揭示了GPPHVO混合燃料在燃烧特性与排放控制方面的独特优势。

研究团队主要采用三项关键技术：单缸四冲程柴油发动机测试平台(Kirloskar TV1型)用于性能评估；压电式喷油器系统实现190-250 bar可调喷射压力；AVL DiGas 444N五气分析仪精确测量CO、HC、NO_x
等排放物。通过对比25% GPPHVO混合燃料(B25)与纯柴油在不同工况下的表现，获取了关键数据。

4.1 制动热效率
在250 bar高压喷射下，GPPHVO混合燃料的热效率达到35%，与柴油相当。这表明废弃果皮衍生的生物燃料完全具备替代传统能源的能量转化效率。

4.2 一氧化碳排放
GPPHVO在所有测试压力下均表现出更低的CO排放，尤其在250 bar时降幅达40%。这归因于加氢处理工艺改善了燃料的氧化稳定性，使燃烧更充分。

4.3 碳氢化合物排放
HC排放范围0.05-0.2 g/kWh，显著低于柴油基准值。研究人员发现果皮油中的天然抗氧化剂有效抑制了不完全燃烧产物的形成。

4.5 氮氧化物排放
NO_x
排放呈现独特"双刃剑"效应：虽然GPPHVO本身含氧特性可能增加NO_x
生成，但优化喷射压力至220 bar可实现排放与效率的最佳平衡。

4.6 缸内压力变化
高速摄影显示，GPPHVO混合燃料的燃烧始点比柴油延迟2-3°曲轴转角，但后期燃烧速率更快，这解释了其更高的峰值热释放率(见4.7节)。

4.7 热释放率
在250 bar压力下，GPPHVO的瞬时热释放率比柴油高15%，表明其燃烧过程更为剧烈集中，这可能是其热效率提升的关键机制。

这项研究最终证实，来自农业废弃物的GPPHVO不仅能实现20-35%的热效率，还能同步降低CO、HC和颗粒物排放。特别值得注意的是，通过调节喷嘴开启压力这一简单参数，即可显著改善燃烧性能，这为现有柴油发动机的清洁化改造提供了低成本解决方案。研究团队由Natrayan Lakshmaiya、Yuvarajan Devarajan和T. Raja组成，他们的工作不仅开辟了"果皮变燃油"的新途径，更建立了农业废弃物-能源转化的闭环模式，对发展循环经济具有重要示范意义。未来研究可进一步探索不同柑橘品种果皮的燃油特性差异，以及长期使用对发动机耐久性的影响。