使用柴油‑废食用油甲酯‑二乙二醇二甲醚（diglyme）三元燃料混合物并添加碳纳米管以提升CRDI发动机的性能、燃烧与排放特性

把厨房废油变成更清洁的发动机动力

在全球寻求减少污染的同时又不必报废数以百万计现有柴油发动机的背景下，一种有前景的思路是重新考虑加注到油箱里的燃料成分。本研究探索了一种创新配方：将污染的废食用油转化为新型更清洁柴油的关键成分，再用富含氧的溶剂和微小碳纳米管对其进行强化。结果是一种不仅能让发动机维持良好动力输出，而且还能减少有害尾气排放的燃料，指向一种切实可行的更环保交通与发电路径。

从煎锅到油箱

研究者从一个常见的环境难题入手：餐饮业产生的废食用油。他们没有将这些退化的油脂当作垃圾处理，而是通过常规化学工艺将其转化为生物柴油，使油中长链、黏稠的分子变成更短、更适合发动机使用的分子。该生物柴油随后与常规柴油混合形成基础燃料。在此基础上，加入了一种精心选择的富氧液体——二乙二醇二甲醚（diglyme），它有助于燃料蒸发并在发动机内更清洁地燃烧。最终的混合物——柴油、废食用油生物柴油和diglyme——构成作者所称的三元燃料，旨在无需改装发动机即可在现代高压共轨系统中使用。

加入微小管状材料带来显著提升

为了进一步提升性能，团队引入了碳纳米管——空心的管状颗粒，其直径比人类头发细数千倍。将纳米管用表面活性剂包覆以保持均匀分散后，他们以三种低浓度将其加入三元燃料中。这些颗粒具有优异的导热和催化特性：它们传热迅速，提供大的反应表面，并有助于将燃料雾化成更细的喷雾。在试验发动机中，这种组合改善了燃料与空气的混合，缩短了喷射到点火的时间，并促进每个燃油小滴的更完全燃烧。

发动机的响应

团队在一台双缸共轨柴油发动机上于不同负载工况下对比测试了纯柴油、简单生物柴油混合物、三元燃料以及添加纳米管的三元燃料版本。在表现最佳的配方（含中等剂量纳米管）下，发动机的单位燃料有效功率提高了约15%，而每千瓦所需燃料降低了大约16%。在气缸内部，峰值压力和放热曲线显示燃烧更早启动并更平稳地进行。燃烧分数与总放热等指标证明，与纯柴油或基础生物柴油混合物相比，掺纳米管的三元燃料燃烧得更完全。

清洁尾气

更完全的燃烧在尾气表现上带来了回报。与标准柴油相比，优化后的燃料混合物将一氧化碳和未燃烃（两者均为不完全燃烧的标志）减少了约五分之一。尽管含有废食用油，该混合物在二氧化氮排放上也降低了约四分之一，这得益于diglyme和纳米管的导热作用使火焰温度更低且更均匀。尽管按单位有效功率计算的二氧化碳有所变化，但其上升的趋势表明更多燃料中的碳被完全燃烧，而不是以更有毒的中间产物形式排放。总体来看，尾气更为清洁，同时发动机效率没有牺牲，反而有所提升。

对日常发动机的意义

对非专业读者而言，这项工作的要点是：要在排放上取得实质进展，未必需要彻底更换发动机。通过精心调整当前柴油的组成——回收废食用油、加入智能的富氧液体并掺入先进的纳米级添加剂——本研究表明可以在不改装现有共轨柴油发动机的情况下，从同一台发动机获取更多动力并减少有害气体排放。在所测试的方案中，含中等水平碳纳米管的混合物因其实用性和兼容性而成为一个现实可行的选择，为更清洁、更可持续的燃料使用提供了现实的一步。

引用: Jajimoggala, S., Narra, M., Shabana, S. et al. Amplifying performance, combustion, and emission characteristics of a CRDI engine using diesel-WCO methyl ester-dyglyme ternary fuel blends with carbon nanotubes. Sci Rep 16, 12555 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43211-6

关键词: 废食用油生物柴油, 柴油发动机排放, 碳纳米管添加剂, 含氧三元燃料, 可持续交通燃料