Inventário das emissões veiculares de um motor diesel Euro V utilizando biodiesel e variações de pressão e temperatura do ar de admissão

Abstract

Resumo: O setor de transporte, impulsionado pelas reduções nas reservas de petróleo e por padrões de emissão cada vez mais restritivos, têm buscado uma combinação entre novos combustíveis e tecnologias, que proporcionam uma menor dependência do petróleo concomitante a uma redução da emissão de poluentes atmosféricos. Dentre algumas possibilidades, a mistura de biodiesel com o diesel regular associado ao sistema de pós-tratamento SCR (Redução Catalítica Seletiva com utilização de Ureia) nos motores de ciclo Diesel é uma alternativa efetiva. Apesar desta combinação do uso de biodiesel em diversas frações e SCR, ainda não há consenso científico sobre as contribuições de cada parâmetro nas emissões, principalmente nas emissões não regulamentadas. Nesse contexto, o objetivo da presente pesquisa foi a determinação das emissões gasosas e particuladas provenientes da emissão de um motor Euro V-SCR utilizando como combustíveis as seguintes proporções de diesel e biodiesel de soja: B8, B15, B50, B75, B100. Para as proporções B8 e B100, também foram testadas variações de pressão (900 e 1000 hPa) e temperatura (15 e 30 °C) do ar de admissão, simulando-se assim as emissões gasosas e particuladas em diferentes cenários climáticos brasileiros. Os experimentos foram realizados em uma bancada de teste de emissões em motores, utilizando o ciclo Europeu de Regime Transiente (ETC). As emissões gasosas foram analisadas por um espectrômetro de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Na fração particulada, amostrada em filtros de quartzo, foram quantificadas as concentrações de HPAs e Nitro-HPAs associados ao material particulado total. Para a análise destes compostos foi utilizado um cromatógrafo de fase gasosa acoplado a um espectrômetro de massa triplo quadrupolo (CG-MS/MS). Os resultados mostram que a adição de biodiesel na mistura com o diesel em maiores proporções é benéfica para a emissão de CO e NMHC. Por outro lado, foi observada uma tendência de aumento para as emissões de NOx de B8 até B100. Considerando as emissões gasosas não legisladas, a NH3, N2O e HCHO apresentaram uma tendência de aumento com a utilização de maiores proporções de biodiesel, resultado contrário ao encontrado para o SO2 e HCD que exibiram uma tendência de redução das emissões. As concentrações de HPAs também reduzem com o aumento das porcentagens de biodiesel, entretanto os valores de Toxicidade Equivalente Total (TET) amentam consideravelmente. A utilização B100 duplicou os valores de TET em relação ao B8, para todas as condições de temperatura e pressão do ar de admissão estudadas. Os valores de TET indicaram que a condição de 900 hPa e 15 °C, simulação análoga as condições meteorológicas de Porto Alegre, é o cenário menos favorável para utilização B100. Baseado neste estudo, a utilização de até 15% de biodiesel na mistura com o diesel não impacta negativamente as emissões, não sendo um contraponto aos outros benefícios do biodiesel. Palavras-chave: Material particulado, Emissões gasosas, HPAs, Nitro-HPAs, Ciclo Transiente, Toxicidade.

Abstract: The transport sector, driven by reductions in oil reserves and more restrictive emission standards have been seeking a combination of new fuels and technologies engines that provide less dependence on oil at the same time as reducing emissions of air pollutants. Among the current possibilities, the biodiesel blending associated with the Urea Selective Catalytic Reduction (SCR) aftertreatment system in heavy-duty diesel engines is an actual possibility. Despite the combination of biodiesel use in multiple fractions and aftertreatment system, there is still no scientific agreement on the elements of these emissions, mainly comprising the unregulated emissions. On that front, the objective of the present research was to determine the gaseous and particulate emissions from a Euro V-SCR engine using as fuel the following proportions of soybean biodiesel: B8, B15, B50, B75, B100. For the B8 and B100 proportions, variations in pressure (900 and 1000 hPa) and temperature (15 and 30 °C) of the intake air have also experimented and hence simulating gaseous and particulate emissions in distinct Brazilian climate scenarios. The experiments were performed on an engine emission bench using the European Transient Regime Cycle (ETC). Gaseous emissions were analyzed by a Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR). In the particulate fraction, sampled in quartz filters, the concentrations of PAHs and Nitro-PAHs extracted from the total particulate matter were quantified. For the analysis of PAHs and Nitro-PAHs compounds, a gas phase chromatography coupled to a triple quadrupole mass spectrometer (CG-MS/MS) was used. The results show that the addition of biodiesel in the mixture with diesel in higher proportions is advantageous for CO and NMHC emission. On the other hand, a rising trend was observed for NOx emissions from B8 to B100. Considering the unregulated gaseous emission, NH3, N2O, and HCHO showed a rising trend when higher proportions of biodiesel were used, unlike the SO2 and HCD emission, which exhibited a decreasing trend of emissions. PAHs also decrease with higher biodiesel percentages, however, the Total Equivalent Toxicity (TET) values increase considerably. The use of B100 doubled the TET values compared to B8 for all intake air temperature and pressure conditions. TET values indicated that the 900 hPa and 15 °C condition, an analogous condition to Porto Alegre weather, is the least favorable scenario for the use of B100. Based on this study, the use of up to 15% biodiesel in diesel blends does not impact negatively the emissions, and it is not a counterpoint to the other benefits of biodiesel. Key words: Particulate Matter, Gaseous emission, PAHs, Nitro-PAHs, Transient Cycle, Toxicity.