可再生正辛醇生物燃料在压燃式发动机中的能量、?、环境与可持续性综合评估

本研究针对压缩点火(CI)发动机的清洁能源替代需求，通过实验评估正辛醇-柴油混合燃料(OC10/20/30)的燃烧特性、能量-?效率、排放及可持续性指标(SI)。结果表明，OC30混合燃料可实现NOx降低6.37%、碳烟减少25.53%，虽热效率略有下降但维持SI>1.3，为生物燃料在未改装发动机中的应用提供重要数据支撑。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料储量萎缩，寻找可再生的清洁替代燃料成为紧迫课题。压缩点火(CI)发动机作为交通运输领域的主力动力装置，其传统柴油燃料带来的环境污染问题日益凸显。虽然生物柴油、乙醇等替代燃料已得到广泛研究，但存在与粮食资源竞争、相分离或腐蚀性等技术瓶颈。在此背景下，具有12.3%氧含量、优异混溶性和柴油类似物性的正辛醇(C₈H₁₈O)脱颖而出——这种通过微生物代谢工程从木质纤维素生物质合成的长链醇，不仅能通过"2-酮酸途径"实现93%高产率转化，其较高的十六烷值和疏水特性更使其成为无需发动机改装的理想替代燃料候选。

为系统评估正辛醇的应用潜力，研究人员开展了一项创新性研究。实验采用单缸CI发动机，对比纯柴油与10%/20%/30%正辛醇混合燃料(OC10/20/30)在不同负载下的表现。通过同步采集缸压曲线、排放数据和热力学参数，结合能量-?双重视角分析，首次建立了该生物燃料的可持续性评价体系。研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为第二代生物燃料的开发提供了重要参考。

关键技术方法包括：1) 使用容积法配制OC10/20/30混合燃料；2) 在恒定转速和喷油正时条件下进行25%-100%负载测试；3) 基于缸压数据计算净放热率(NHRR)和点火延迟期(ID)；4) 通过能量/?平衡方程计算各路径损失；5) 采用可持续发展指数(SI)量化评估体系。

燃料制备与特性
正辛醇(≥99%纯度)与市售柴油按体积比混合。测试显示随辛醇比例增加，燃料黏度和密度下降，但氧含量从柴油的0%升至OC30的3.69%，这为后续排放改善奠定基础。

燃烧分析
辛醇的加入使ID延长0.5-1°CA，但高氧含量促进充分燃烧。在100%负载时，OC30的峰值缸压(CP)达60.09bar，较柴油提高2.84%；NHRR提升至56.45J/°CA，表明燃烧过程更为剧烈。

能量与?分析
尽管OC30在100%负载时能量效率(34.72%)和?效率(32.74%)略低于柴油(36.11%/34.07%)，但其?损失分布显示排气损失占比降低3.2%，表明能量品质利用更合理。

排放特性
OC30展现出全面减排优势：NO_x降低6.37%，碳烟下降25.53%，CO和HC分别减少7.63%和25.64%。这种"协同减排"效应归因于燃料氧含量提升和更完全的燃烧过程。

可持续性评估
基于?效率的SI指数显示，所有燃料SI>1.3，其中柴油(1.35)与OC30(1.307)差异小于3.2%，证明辛醇混合燃料在保持环境友好性的同时具备工程应用可行性。

该研究通过多维度评估证实：正辛醇-柴油混合燃料能显著降低CI发动机有害排放而不牺牲可持续性，其30%掺混比例可实现污染物减排与热力学性能的最佳平衡。特别值得注意的是，辛醇的疏水特性解决了传统生物醇类的相分离难题，而其通过木质纤维素转化的生产方式避免"与粮争地"的伦理争议。尽管存在轻微的热效率损失，但研究揭示的"高氧含量-低排放"正相关规律，为后续开发第四代生物燃料提供了明确方向。未来研究可进一步优化喷油策略以缩短ID，或探索纳米添加剂对?效率的提升潜力。