بررسی تأثیر بیودیزل در خوردگی و دوام موتور دیزل با بیان ارزیابی محیط زیستی: مدلسازی تأثیر بر منابع آبی با یادگیری ماشین

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی نوین، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی نوین، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران.

4 دانشیار، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران.

5 دانشجوی دکتری، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

چکیده

این تحقیق به بررسی تأثیر بیودیزل در خوردگی و دوام موتور دیزل از نقطه نظر ارزیابی محیط زیستی با رویکرد تأثیر بر روی منابع آبی و ارائه مدلی برای استخراج پارامترهای تأثیر گذار پرداخت. در این مطالعه اثرات محیط زیستی منابع آبی با تمرکز بر سه شاخص حیاتی (شامل یوتریفیکاسیون، اسیدی شدن و سمیت محیط زیستی) بررسی شد. برای انجام این تحلیل از روش ارزیابی چرخه حیات با روش ارزیابی IMPACT2002+ استفاده شد. خواص فیزیکی و شیمیایی سوخت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، که نشان می‌دهد که درصد بیودیزل بیشتر منجر به افزایش چگالی و ویسکوزیته می‌شود که به نوبه خود بر عملکرد موتور و انتشار گازهای گلخانه‌ای تأثیر می‌گذارد. مطابق با نتایج به دست آمده، این مطالعه نشان می‌دهد که افزایش محتوای بیودیزل در سوخت به‌طور قابل‌توجهی بر این شاخص‌ها تأثیر می‌گذارد، به‌ویژه با سوخت دیزل حاوی ده درصد بیودیزل (B10) که بالاترین پتانسیل اسیدی شدن و یوتریفیکاسیون (پرغذایی) را به دلیل افزایش انتشار اکسید نیتروژن از احتراق بیودیزل نشان می‌دهد. این یافته‌ها بر ضرورت بهینه‌سازی فرآیندهای احتراق و مدیریت انتشار اکسید نیتروژن برای کاهش اثرات نامطلوب اکولوژیکی تاکید می‌کند. علاوه بر این، یک رویکرد مدل‌سازی ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای پیش‎بینی پارامترهای کیفیت آب، و دستیابی به دقت و قابلیت اطمینان بالا در مدلسازی استفاده شد. تجزیه و تحلیل حساسیت، متغیرهای مستقل کلیدی را شناسایی کرد که بر نتایج محیط زیستی تأثیر می‌گذارند، و اهمیت درصد بیودیزل و فرآیند تولید این سوخت در کاهش اثرات محیط زیستی بر منابع آبی را برجسته می‌کند. این مطالعه بر نیاز به مدیریت دقیق و نظارت بر استفاده از بیودیزل برای افزایش پایداری و به حداقل رساندن آسیب‎های محیط زیستی به خصوص در سلامت منابع آبی تأکید می‎کند.

کلیدواژه‌ها


منابع:
فیض اله زاده اردبیلی، سینا، نجفی، بهمن، و هاشمی نژاد، امیر . (1401). تاثیر اتانول به‌عنوان افزودنی سوخت بیودیزل در عملکرد و آلایندگی موتور دیزل دوگانه سوز . سوخت و احتراق، 15(3)، 139-164.  doi: 10.22034/jfnc.2023.384795.1337
 
References
Anthony, A. J., Bhojwani, U., Mittal, A., Singh, B., & Rehani, U. (2021). Life cycle assessment of biodiesel and overview of the challenges in production of the biodiesel. AIP Conference Proceedings.
doi: 10.1063/5.0066771
Ardabili, S., Mosavi, A., & Várkonyi-Kóczy, A. R. (2019). Systematic review of deep learning and machine learning models in biofuels research. International Conference on Global Research and Education.
doi: 10.1007/978-3-030-36841-8_2
 Awad, M., Khanna, R., Awad, M., & Khanna, R. (2015). Support vector machines for classification. Efficient learning machines: Theories, concepts, and applications for engineers and system designers, 39-66. doi: 10.1007/978-1-4302-5990-9_3
Ban-Weiss, G. A., Chen, J., Buchholz, B. A., & Dibble, R. W. (2007). A numerical investigation into the anomalous slight NOx increase when burning biodiesel; a new (old) theory. Fuel processing technology, 88(7), 659-667.
doi: 10.1016/j.fuproc.2007.01.007
Berlanga-Labari, C., Biezma-Moraleda, M. V., & Rivero, P. J. (2020). Corrosion of cast aluminum alloys: a review. Metals, 10(10), 1384. doi: 10.3390/met10101384
Bhardwaj, M., Gupta, P., & Kumar, N. (2014). Compatibility of metals and elastomers in biodiesel: a review. Int J Res, 1(7), 376-391.
Dhar, A., & Agarwal, A. K. (2014). Performance, emissions and combustion characteristics of Karanja biodiesel in a transportation engine. Fuel, 119, 70-80.
              doi: 10.1016/j.fuel.2013.11.002
Faizollahzadeh Ardabili, S. (2021). Improving the combustion process of biodiesel using additives. Ardabil, Iran [In persian].
Faizollahzadeh Ardabili, S., Najafi, B., Alizamir, M., Mosavi, A., Shamshirband, S., & Rabczuk, T. (2018). Using SVM-RSM and ELM-RSM approaches for optimizing the production process of methyl and ethyl esters. Energies, 11(11), 2889.
doi: 10.3390/en11112889
Falahi-Ardakani, A. (1984). Contamination of environment with heavy metals emitted from automotives. Ecotoxicology and environmental safety, 8(2), 152-161.
doi: 10.1016/0147-6513(84)90057-5
Gaide, I., Grigas, A., Makareviciene, V., & Sendzikiene, E. (2024). Life cycle assessment and biodegradability of biodiesel produced using different alcohols and heterogeneous catalysts. Green Chemistry Letters and Reviews, 17(1).
doi: 10.1080/17518253.2024.2394503
Gao, Z., He, Y., Zhang, S., Zhang, T., & Yang, F. (2020). Research on corrosion damage evolution of aluminum alloy for aviation. Applied Sciences, 10(20), 7184.
doi: 10.3390/app10207184
Hashemi-Nejhad, A., Najafi, B., Ardabili, S., Jafari, G., & Mosavi, A. J. I. J. o. E. R. (2023). The Effect of Biodiesel, Ethanol, and Water on the Performance and Emissions of a Dual-Fuel Diesel Engine with Natural Gas: Sustainable Energy Production through a Life Cycle Assessment Approach. 2023. doi: 10.1155/2023/4630828
Hashemi, F. (2021). Modeling and investigation of the engine durability for the hybrid power generation process from the diesel engine University of Mohaghegh Ardabili]. University of Mohaghegh Ardabili.
Hashemi, F., Pourdarbani, R., Ardabili, S., & Hernandez-Hernandez, J. L. J. A. T. A. (2023). Life Cycle Assessment of a Hybrid Self-Power Diesel Engine. 26(1), 17-28. doi: 10.2478/ata-2023-0003
Hoang, A. T., Tabatabaei, M., Aghbashlo, M. J. E. S., Part A: Recovery, Utilization,, & Effects, E. (2020). A review of the effect of biodiesel on the corrosion behavior of metals/alloys in diesel engines. 42(23), 2923-2943. doi: 10.1080/15567036.2019.1623346
Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Ceniceros, E., & Natarajan, M. (2012). Review of biodiesel composition, properties, and specifications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1), 143-169. doi: 10.1016/j.rser.2011.07.143
Hong, J., Lee, S., Kim, J., & Yoon, J. (2012). Corrosion behaviour of copper containing low alloy steels in sulphuric acid. Corrosion Science, 54, 174-182.
            doi: 10.1016/j.corsci.2011.09.012
Hosseinabadi, N., Moheimani, N. R., & Javaherdashti, R. (2022). Biofuels-related materials deterioration in biorefineries, transportation and internal combustion engines: a technical review. Corrosion Engineering, Science and Technology, 57(2), 178-194.
doi: 10.1080/1478422X.2021.2010873
 Kecman, V. (2005). Support vector machines–an introduction. In Support vector machines: theory and applications (pp. 1-47).
doi: 10.1007/10984697_1
Knothe, G. (2005). Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel processing technology, 86(10), 1059-1070.
doi: 10.1016/j.fuproc.2004.11.002
Kurre, S. K., Pandey, S., Garg, R., & Saxena, M. (2015). Condition monitoring of a diesel engine fueled with a blend of diesel, biodiesel, and butanol using engine oil analysis. Biofuels, 6(3-4), 223-231. doi: 10.1080/17597269.2015.1081763
Lapuerta, M., Armas, O., & Rodriguez-Fernandez, J. (2008). Effect of biodiesel fuels on diesel engine emissions. Progress in Energy and Combustion Science, 34(2), 198-223. doi: 10.1016/j.pecs.2007.07.001
Leitao, T. E. (2007). Impact of road runoff in soil and groundwater: Portuguese and other European case-studies. IAHS publication, 310, 338.
Lin, H.-T. (2005). Introduction to Support Vector Machines. Learning System Group, Califonia Institute of Technology.
Loo, D. L., Teoh, Y. H., How, H. G., Teh, J. S., Andrei, L. C., Starčević, S., & Sher, F. (2021). Applications characteristics of different biodiesel blends in modern vehicles engines: a review. Sustainability, 13(17), 9677.
    doi: 10.3390/su13179677
Müller, G. T. (2012). Emprego da pegada hídrica e da análise de ciclo de vida para a avaliação do uso da água na cadeia produtiva do biodiesel de soja.
Najafi, B., Faizollahzadeh Ardabili, S., Mosavi, A., Shamshirband, S., & Rabczuk, T. J. E. (2018). An intelligent artificial neural network-response surface methodology method for accessing the optimum biodiesel and diesel fuel blending conditions in a diesel engine from the viewpoint of exergy and energy analysis. 11(4), 860.
doi: 10.3390/en11040860
Nguyen, X. P., & Vu, H. N. (2019). Corrosion of the metal parts of diesel engines in biodiesel-based fuels. International Journal of Renewable Energy Development, 8(2), 119. doi: 10.1063/5.0066771
Noble, W. S. J. N. b. (2006). What is a support vector machine? , 24(12), 1565-1567.
doi: 10.1038/nbt1206-1565
Nurrochman, A., Junianto, E., Korda, A. A., Prawara, B., & Basuki, E. A. (2023). Research hotspots and future trends of hot corrosion research: a bibliometric analysis. RSC advances, 13(43), 29904-29922. doi: 10.1039/D3RA04628A
Osarolube, E., Owate, I., & Oforka, N. (2008). Corrosion behaviour of mild and high carbon steels in various acidic media. Scientific Research and Essay, 3(6), 224-228.
Pandey, A. K., & Nandgaonkar, M. (2011). Experimental investigation of the effect of Esterified Karanja oil biodiesel on performance, emission and engine wear of a military 160hp Turbocharged CIDI engine. Proceedings of the world congress on engineering,
Pham, M. T., Le, N. V. L., Le, H. C., Truong, T. H., & Cao, D. N. (2023). A comprehensive review on the use of biodiesel for diesel engines. International Journal of Renewable Energy Development, 12(4), 720-740.
Popov, B. N. (2015). Corrosion engineering: principles and solved problems. Elsevier. 0444627278.
Pradhan, A. (2012). Support vector machine-a survey. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2(8), 82-85.
Rajaeifar, M. A., Tabatabaei, M., Aghbashlo, M., Hemayati, S. S., & Heijungs, R. (2019). Biodiesel production and consumption: Life Cycle Assessment (LCA) approach. Biodiesel: From Production to Combustion, 161-192.
doi: 10.1007/978-3-030-00985-4_8
Suthaharan, S., & Suthaharan, S. (2016). Support vector machine. Machine learning models and algorithms for big data classification: thinking with examples for effective learning, 207-235.
doi: 10.1007/978-1-4899-7641-3_9
van Wijnen, J., Ivens, W. P., Kroeze, C., & Löhr, A. J. (2015). Coastal eutrophication in Europe caused by production of energy crops. Science of The Total Environment, 511, 101-111.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.12.032
Warmate, A., Ideriah, T., Tamunobereton, I., Udonam, U., & Ibaraye, T. (2011). Concentrations of heavy metals in soil and water receiving used engine oil in Port Harcourt, Nigeria. Journal of Ecology and the Natural Environment, 3(2), 54-57.
Xing, A., Ma, J., Zhang, Y., Wang, Y., & Jin, Y. (2010). Life cycle assessment of biodiesel environmental effects. Journal of Tsinghua University Science and Technology, 50(6), 917-922.
Yeşilyurt, M. K., Öner, İ. V., & Yılmaz, E. Ç. (2019). Biodiesel induced corrosion and degradation. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(1), 60-70.