Influence of Microalgal Bio-Oil on the Lubrication Properties of Engine Oil

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 71; no. 2; pp. 29 - 38
• Main Authors: Xu, Yufu, Peng, Yubin, Zheng, Xiaojing, Wang, Huabi, Hu, Xianguo
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris EDP Sciences 01.03.2016; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Analytical methods; Boundary lubrication; Chemical effects; Chemical reactions; Chlorella; Electron microscopy; Ethanol; Liquefaction; Lubrication; Morphology; Oil; Organic chemistry; Physics; Profiles; Properties; Properties (attributes); Roughness; Scanning electron microscopy; Spectroscopy; Spectrum analysis; Spirulina; Tribology; X ray photoelectron spectroscopy
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189; 2804-7699
• DOI: 10.2516/ogst/2014050

In order to accelerate and expand the application of bio-energy, two kinds of microalgal bio-oils, prepared via co-liquefaction of Chlorella and Spirulina under sub- and supercritical ethanol conditions, were used as partial substitutes for the engine oil CD SAE 15W-40. The friction and wear behaviors of the oils were tested on a four-ball tribometer, referring to the ASTM D4172 standard conditions. The micro-morphology, profiles, roughness and chemical valences of typical elements on the rubbed surfaces were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), surface profiler and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), respectively. The results showed that both of the bio-oils had good lubrication properties. The suitable weight content of the bio-oils in the engine oil was 10%. The lubrication properties of the Bio-Oil (BOsup) prepared in supercritical ethanol were a little better than those of the Bio-Oil (BOsub) prepared in subcritical ethanol. The lubricating mechanisms were ascribed to the combined actions of various lubricating films, including boundary lubrication, and deposited films and tribological chemical reaction films. The stronger tribological chemical effects of BOsup from higher contents of N-containing compounds contributed to its better lubrication properties than those of BOsub. Afin d’accélérer et d’étendre l’application des bioénergies, deux types de bio-huiles issues d’algues, préparées par co-liquéfaction de Chlorella et Spirulina dans de l’éthanol à l’état sous- et supercritiques, ont été utilisés comme substituts partiels de l’huile moteur CD SAE 15W-40. Les comportements d’usure et de frottement avec ces huiles ont été testés sur un tribomètre à quatre billes, en se référant aux conditions de la norme ASTM D4172. La micromorphologie, les profils et la rugosité de surface ainsi que les valences chimiques des éléments typiques sur les surfaces frottées ont été respectivement caractérisés par une microscopie à balayage électronique (SEM, Scanning Electron Microscopy), par un profilomètre de surface et par spectroscopie photo-électronique des rayons X (XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy). Les résultats ont montré que les bio-huiles avaient toutes deux de bonnes propriétés de lubrification. La teneur en poids adaptée des bio-huiles dans l’huile moteur était de 10 %. Les propriétés de lubrification de la bio-huile (BOsup) préparée dans de l’éthanol supercritique ont été légèrement meilleures que celles de la bio-huile (BOsub) préparée dans de l’éthanol sous-critique. Les mécanismes de lubrification ont été attribués aux actions combinées de différents films de lubrification (y compris un graissage à film d’huile, et de films de dépôts) et de films de réaction chimique tribologiques. Les effets tribo-chimiques plus forts de l’huile BOsup contenant des teneurs supérieures en composés contenant de l’azote ont contribué à rendre ses propriétés de lubrification supérieures à celles de l’huile BOsub.