Combustion of diesel fuel from a toxicological perspective

Abstract

Since the use of diesel engines is still increasing, the contribution of their incomplete combustion products to air pollution is becoming ever more important. The presence of irritating and genotoxic substances in both the gas phase and the particulate phase constituents is considered to have significant health implications. The quantity of soot particles and the particle-associated organics emitted from the tail pipe of a diesel-powered vehicle depend primarily on the engine type and combustion conditions but also on fuel properties. The quantity of soot particles in the emissions is determined by the balance between the rate of formation and subsequent oxidation. Organics are absorbed onto carbon cores in the cylinder, in the exhaust system, in the atmosphere and even on the filter during sample collection. Diesel fuel contains polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and some alkyl derivatives. Both groups of compounds may survive the combustion process. PAHs are formed by the combustion of crankcase oil or may be resuspended from engine and/or exhaust deposits. The conversion of parent PAHs to oxygenated and nitrated PAHs in the combustion chamber or in the exhaust system is related to the vast amount of excess combustion air that is supplied to the engine and the high combustion temperature. Whether the occurrence of these derivatives is characteristic for the composition of diesel engine exhaust remains to be ascertained. After the emission of the particles, their properties may change because of atmospheric processes such as aging and resuspension. The particle-associated organics may also be subject to (photo)chemical conversions or the components may change during sampling and analysis. Measurement of emissions of incomplete combustion products as determined on a chassis dynamometer provides knowledge of the chemical composition of the particle-associated organics. This knowledge is useful as a basis for a toxicological evaluation of the health hazards of diesel engine emissions.

A poluição gerada por máquinas de combustão interna movidas à diesel - a questão dos particulados. Estratégias atuais para a redução e controle das emissões e tendências futuras

“…Comercialmente, a composição do diesel varia muito, devido a diferentes origens do petróleo utilizado como matéria-prima e diferentes processos de refino. Além disso, a qualidade do diesel tem mudado constantemente desde sua introdução no mercado como combustível 35 . Os motores diesel são máquinas básicas que geram energia para veículos utilizados principalmente em aplicações que precisem de elevada potência, o que inclui ônibus, grandes caminhões, tratores e má-quinas para mineração e dragagem.…”

“…Além desses, outros HPA podem ser formados durante a combustão do diesel. Devido à grande quantidade de ar no processo de combustão e ainda à elevada temperatura, pode ocorrer a conversão dos HPA a compostos oxigenados e nitrados na câmara de combustão ou no sistema de exaustão 35 . Com relação aos compostos não regulamentados, a emissão desses pelos motores à gasolina é muito maior, da ordem de dezenas de vezes para aldeídos e benzeno, e de cerca de 120 vezes para tolueno, com exceção dos HPA, que são mais abundantes na emissão diesel 34 .…”

“…Entretanto, a composição elementar pode variar grandemente dependendo da qualidade do diesel, performance do motor e modo de operação da máquina 34,40 . O nitrogênio contido no particulado tem sua origem nos compostos nitrogenados contidos no diesel, em menor escala e, em maior escala, nos óxidos de nitrogênio formados durante o processo de combustão, a partir da fixação do nitrogênio atmosférico 35 . Como o diesel contém, normalmente, de 0,15 a 0,3% em massa de enxofre, cerca de 98% é convertido a SO 2 e o restante a ácido sulfúrico, os quais contribuem como sulfato para a massa de particulado total, acrescentando de 0,04 a 0,05 g/bHP-h de sulfato ao particulado 14,37 .…”

“…A relação entre a qualidade do diesel e a composição das emissões tem sido verificada através de vários estudos, donde se comprova que mudanças na qualidade desse combustível podem resultar em modificações no nível das emissões de hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (HPA), material particulado e NO X 3 , entre outros. Em linhas gerais, pode-se relacionar diretamente uma propriedade do diesel com o aumento ou diminuição de determinado poluente na composição da exaustão 3,35 . Assim, considerando-se uma máquina de potência média, quanto maior for a densidade, o ponto de ebulição e conteúdo de aromáticos do diesel utilizado, maior será o nível de emissão de material particulado, ao passo que um aumento no número de cetana promove uma diminuição na formação de material particulado 35 .…”

“…Em linhas gerais, pode-se relacionar diretamente uma propriedade do diesel com o aumento ou diminuição de determinado poluente na composição da exaustão 3,35 . Assim, considerando-se uma máquina de potência média, quanto maior for a densidade, o ponto de ebulição e conteúdo de aromáticos do diesel utilizado, maior será o nível de emissão de material particulado, ao passo que um aumento no número de cetana promove uma diminuição na formação de material particulado 35 . Entretanto, é conhecido que uma certa relação entre qualidade do diesel e a composição da exaustão pode mudar, dependendo do tipo de máquina.…”