柴油发动机性能与排放优化：基于Karanja生物柴油与碳酸二乙酯混合燃料的创新研究

为解决传统柴油燃料环境污染及生物柴油应用中的燃烧效率低、NOx排放高等问题，研究人员开展了Karanja生物柴油(B20)与碳酸二乙酯(DEC)混合燃料的协同效应研究。实验表明，添加10% DEC可提升6.5%制动热效率(BTE)，降低NOx(13%)、CO(29.8%)等排放，同时实现年减排CO2 382.22 kg/发动机，为清洁能源技术提供新路径。

　　

随着全球对碳中和目标的迫切需求，传统柴油发动机的高污染特性成为环境治理的难点。尽管生物柴油(Biodiesel)因其可再生性备受关注，但实际应用中仍面临燃烧效率低、氮氧化物(NOx)排放激增等"绿色悖论"。以Karanja油为代表的非粮生物柴油虽可减少碳足迹，但其高粘度和低热值导致燃烧不充分，反而加剧了颗粒物(PM)与NOx的协同污染。更棘手的是，现有添加剂如二乙醚(DEE)虽能提升效率，却因易燃性引发安全隐患；而乙二醇二乙酸酯(EGDA)等虽降低碳氢化合物(HC)排放，却对NOx束手无策。

针对这一技术困局，印度查罗塔尔科学技术大学(Charotar University of Science & Technology)机械工程系的研究团队创新性地将碳酸二乙酯(Diethyl Carbonate, DEC)引入Karanja生物柴油(B20)体系。DEC凭借高十六烷值(51)、18.2%氧含量的独特优势，在《Results in Engineering》发表的研究中展现出"一箭三雕"的效果：既突破生物柴油的燃烧瓶颈，又破解NOx-PM的排放权衡，更首次量化了碳信用收益。

研究团队通过多级混合工艺（磁力搅拌-超声分散-机械均质）制备DEC混合燃料，在单缸水冷柴油机上开展七级负载测试。关键技术创新包括：AVL-444五气分析仪实时监测排放，CFR发动机测定十六烷值，以及基于印度碳交易市场的经济性评估。

性能提升机制
通过制动热效率(BTE)曲线可见，10% DEC使B20的燃烧效率从32.5%跃升至34.6%，归因于DEC缩短了着火延迟期。制动比油耗(BSFC)降低7.8%则印证了氧含量添加剂促进完全燃烧的假说。

排放协同控制
最突破性的发现是DEC实现NOx与PM的同步下降：10% DEC使NOx降低13%（相较B20），同时CO、HC和烟度分别减少29.8%、24.5%和42.5%。这与DEC的"双模作用"相关——高氧含量促进碳烟前体氧化，而蒸发吸热效应抑制了Zeldovich机制下的NOx生成。

环境经济学启示
每台发动机年减排CO₂ 382.22 kg的测算，为发展中国家生物柴油推广提供了碳交易思路。但DEC当前市场价格(?120-150/升)导致10%混合比例年成本增加?10,200-13,500，需政策补贴平衡经济性。

这项研究的里程碑意义在于：首次证实DEC可同时优化生物柴油的"能源-环境-经济"三角关系。尽管仍需验证材料兼容性和瞬态工况适应性，但其为BS-VI排放标准下的清洁燃料设计提供了新范式。未来通过DEC生产工艺优化或政府碳定价机制，这种"负排放技术"有望在农业机械和分布式能源领域率先落地。