950 likes | 1.17k Views
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ. Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Μερκούριος Γώγος Εργαστηριακός Συνεργάτης. Σίνδος, Απρίλιος 2010.
E N D
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Μερκούριος Γώγος Εργαστηριακός Συνεργάτης Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ • ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ • ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ • ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ • ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ • ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ • ΣΕ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ • ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ • ΣΕ ΟΧΗΜΑ ΠΑΛΑΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 1. ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Προβλήματα που αναζητούν λύσεις • Μείωση αποθεμάτων αργού πετρελαίου • με ταυτόχρονη αύξηση της ζήτησης • Αύξηση τιμής • Φαινόμενο του θερμοκηπίου • ενίσχυση από ανθρωπογενείς δραστηριότητες • εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου • αποψίλωση δασών Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εξέλιξη τιμής αργού πετρελαίου BP Statistical Review of World Energy June 2007 1861 – 2007 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Φθηνό πετρέλαιο; - Τέλος! Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αύξηση CO2στην ατμόσφαιρα Για περίπου 10000 χρόνια η συγκέντρωσητου CO2 στην ατμόσφαιρα ήταν σταθερή στα 280 ppm World Resources Institute, 2007 Μετά τη βιομηχανική επανάσταση αυξήθηκε κατά 36% Τα τελευταία χρόνια αυξάνεται κατά 2ppm ανά έτος Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου(1/2) UNEP/GRID-Arendal , 2002 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου(2/2) UNEP/GRID-Arendal , 2002 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ο κύκλος του άνθρακα http://bioenergy.ornl.gov Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Βιοκαύσιμα Πλεονεκτήματα • Μείωση εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα • Μείωση έντασης φαινομένου θερμοκηπίου • Ενίσχυση αγροτικού εισοδήματος • Θέσεις εργασίας Μειονεκτήματα • Ανταγωνισμός με είδη διατροφής • Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αλλαγές χρήσεων γης UNFCCC, 2008 Η περίπτωση της Βραζιλίας: Κατανομή εκπομπών GHG σε ισοδύναμο CO2 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παραγωγή βιοαιθανόλης Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
1 Ενεργειακό ισοζύγιο βιοαιθανόλης Macedo et al., 2004, USDA, 2001, 2002 & DTI 2003 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παρόν Μέλλον Κόστος παραγωγής (2006) Worldwatch Institute, 2006 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
19% 28% 52% 78% 86% Ζαχαρο- κάλαμο Βενζίνη Κυτταρίνη Καλαμπόκι Πετρέλαιο Μ.Ο. σήμερα Φυσικό αέριο Βιομάζα Βιομάζα Βιομάζα Εκπομπές GHG βιοαιθανόλης Ποσοστά μείωσης εκπομπών σε σχέση με την πρώτη ύλη και την ενέργεια των διεργασιών, σε σύγκριση με τη βενζίνη Η παραγόμενη από καλαμπόκι αιθανόλη με τη μέθοδο wet-mill και ενέργεια από κάρβουνο έχει μεγαλύτερες εκπομπές από τη βενζίνη κατά 4% (EPA, 2007) U.S. DoE, 2007 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παραγωγή βιοαιθανόλης 2007 F.O.Licht, 2008 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παραγωγή βιοαιθανόλης στην Ευρώπη Strube-Dieckman, 2007 Κατανομή πρώτων υλών Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Κατανάλωση βιοκαυσίμων στην Ε.Ε. (2008) EurObserv’ER, 2009 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Οδηγία 2003/30/EC EurObserv’ER, 2009 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 3. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Η αιθανόλη ως καύσιμο Μ.Ε.Κ. Δεν είναι νέα ιδέα! 1826 Samuel Morey 1860 Nicholas Otto 1896 Henry Ford Quadricycle 1908 Ford Model T 1920 Δεκαετία επικράτησης βενζίνης 1973 Πετρελαϊκή κρίση 1975 Πρόγραμμα "Proálcohol”στη Βραζιλία 2003 Οδηγία 2003/30/EC προωθεί τη χρήση βιοκαυσίμων Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ιδιότητες αιθανόλης με επίδραση στις Μ.Ε.Κ. • περιεχόμενο οξυγόνο • αριθμός οκτανίου • κατώτερη θερμογόνος δύναμη • διαλυτότητα στο νερό • λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης • λόγος αερίων προϊόντων προς αντιδρώντα • θερμοκρασία και ταχύτητα διάδοσης φλόγας • πτητικότητα • ανάμειξη με βενζίνη • διαβρωτική ικανότητα Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Περιεχόμενο οξυγόνο C2H5OH • φτωχότερο μίγμα στο θάλαμο καύσης • καλύτερη καύση (μείωση εκπομπών CO) Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αριθμός οκτανίου RFA, 2005 • Μεγαλύτερος από τη βενζίνη μείωση κτυπήματος κινητήρα • Μεγαλύτερος βαθμός συμπίεσης αύξηση ισχύος κινητήρα Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αιθανόλη Βενζίνη Κατώτερη θερμογόνος δύναμη • Μικρότερη σε σχέση με τη βενζίνη Αιθανόλη: 26750 kJ/kg Βενζίνη: 43000 kJ/kg περιέχει περίπου τα 2/3της ενέργειας της βενζίνης • λιγότερα km ανά λίτρο • ανάγκη μεγαλύτερης δεξαμενής καυσίμου ή συχνότερου ανεφοδιασμού Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Θερμογόνος δύναμη Brusstar, 2005 Στα μίγματα με ποσοστό αιθανόλης έως και 60% η μειωμένη θερμογόνος δύναμη (κατά 20%) μπορεί να αντισταθμιστεί με βελτιώσεις του κινητήρα. Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό(1/3) • μικρή μοριακή μάζα Αιθανόλη46.07 g Βενζίνη 100-105 g Diesel 200 g περίπου • ισχυρή πολική ένωση • 100% διαλυτή στο νερό Η παρουσία μικρής ποσότητας νερού σε μίγμα βενζίνης/αιθανόλης προκαλεί τον διαχωρισμό των φάσεων. Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό(2/3) Διαχωρισμός των φάσεων Tanknology, Inc. Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό(3/3) David Korotney 15 ºC Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επιπτώσεις διαχωρισμού φάσεων Ο διαχωρισμός των φάσεων των μιγμάτων μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία πάγου στις σωληνώσεις του κυκλώματος τροφοδοσίας. Στα οχήματα εναλλακτικού καυσίμου (FFV), η παρουσία νερού στο καύσιμο μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία του αισθητήρα καυσίμου. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται αποτελεσματικά με τη χρήση χημικών προσθέτων. Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης • πολύ υψηλότερη από τη βενζίνη Αιθανόλη: 842-930 kJ/kg Βενζίνη: 330-400 kJ/kg • αύξηση ισχύος μηχανής • αύξηση ογκομετρικού βαθμού απόδοσης • προβλήματα κατά την ψυχρή εκκίνηση Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Λόγος αερίων προϊόντων προς αντιδρώντα • μεγαλύτερη αναλογία H/C Αιθανόλη: 0.25w/w Βενζίνη: ~0.15 w/w • η αιθανόλη παράγει μεγαλύτερο όγκο αερίων ανά μονάδα ενέργειας • αύξηση μέσης πίεσης • απόδοση 7% μεγαλύτερου έργου (Bailey, 1996) Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Θερμοκρασία φλόγας λίγο μικρότερη από αυτή της βενζίνης Αιθανόλη: 1930 ºC Βενζίνη: 1977 ºC Diesel: 2054 °C • μεγαλύτερος θερμικός βαθμός απόδοσης (λόγω μειωμένων απωλειών θερμότητας) • μείωση εκπομπών NOx Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ταχύτητα διάδοσης φλόγας Brusstar & Bakenhus, 2005 Η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας της αιθανόλης είναι μεγαλύτερη από τη βενζίνη σε όλο το φάσμα αναλογιών αέρα/καυσίμου Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Πτητικότητα Αιθανόλη RVP=15-17 kPa Βενζίνη: RVP=50-100 kPa Τα μίγματα με μικρό ποσοστό αιθανόλης έχουν μεγαλύτερη πτητικότητα από τη βενζίνη Περιβαλλοντικές συνέπειες Furey, 1985 Επίδραση του ποσοστού της αιθανόλης στην πίεση ατμών κατά Reid Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Πτητικότητα μιγμάτων • Η μεγάλη πτητικότητα συμβάλλει στη δημιουργία μεγάλης ποσότητας ατμών με συνέπεια τη μείωση της παροχής καυσίμου στον κινητήρα • Οι επιπτώσεις είναι συνήθως απώλεια ισχύος, αλλά ακόμη και σταμάτημα του κινητήρα Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ανάμειξη με βενζίνη Union Oil Company of California Αύξηση όγκου μιγμάτων αιθανόλης/βενζίνης: Ο όγκος του μίγματος είναι μεγαλύτερος από το άθροισμα των όγκων των δύο υγρών Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Απόδοση(βελτιστοποιημένων κινητήρων) • Μεγαλύτερο βάρος δεξαμενής και καυσίμου: 1% μείωση μεταφορικής ικανότητας (transport efficiency) • Μεγαλύτερος όγκος καυσαερίων: 7% κέρδος σε σχέση με τη βενζίνη, 1% σε σχέση με το Diesel • Υψηλότερος αριθμός οκτανίων: 6% έως 10% κέρδος σε σχέση με τη βενζίνη καμία διαφορά με το Diesel Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Θερμικός βαθμός απόδοσης Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Προβλήματα εκκίνησης (Drivability) • προβλήματα κατά την ψυχρή εκκίνηση λόγω της υψηλότερης λανθάνουσας θερμότητας εξαέρωσης των μιγμάτων αιθανόλης/βενζίνης • προβλήματα κατά την θερμή εκκίνηση λόγω της αυξημένης πτητικότητας των μιγμάτων δημιουργούνται συνθήκες ατμόφραξης • υπό κανονικές θερμοκρασιακές συνθήκες η εκκίνηση δεν παρουσιάζει πρόβλημα Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Απόδοση κινητήρων αιθανόλης Joseph Jr., 2005 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Σημαντικοί παράμετροι σχεδιασμού • λόγος συμπίεσης η αύξησή του αυξάνει την οικονομία καυσίμου τάση για κρουστική καύση & αυξημένες εκπομπές NOx • γεωμετρία θαλάμου καύσης θέση αναφλεκτήρα, αριθμός βαλβίδων, τυρβώδης ή ελικοειδής ροή κλπ. • χρονισμός βαλβίδων μεγαλύτερη επικάλυψηεπιδόσεις σε υψηλές ταχύτητες μικρότερη επικάλυψη χαμηλότερες εκπομπές ρελαντί • διαχείριση καυσίμου ο ψεκασμός του καυσίμου δίνει καλύτερα αποτελέσματα από το καρμπυρατέρ σε κινητήρες που καίνε αιθανόλη Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Κύριες παράμετροι λειτουργίας • λάμδα μεγαλύτερο λάμδα (συνθήκες φτωχού μίγματος) καλύτερος θερμικός βαθμός απόδοσης μειωμένες εκπομπές HC & CO αυξημένες εκπομπές NOx • προπορεία ανάφλεξης η επίδραση του χρόνου ανάφλεξης στην κατανάλωση καυσίμου είναι αντιστρόφως ανάλογη με την επίδραση στις εκπομπές καυσαερίων • ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR) η αύξηση της ανακυκλοφορίας μειώνει τις εκπομπές NOx αλλά αυξάνει τις εκπομπές HC και την κατανάλωση Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαβρωτική ικανότητα (1/2) Η αιθανόλη είναι πιο διαβρωτική από τη βενζίνη Υλικά που αλλοιώνονται Μεταλλικά: ορείχαλκος (brass Cu-Zn) αλουμίνιο επιμολυβδωμένος χάλυβας Μη μεταλλικά: φυσικό καουτσούκ πολυουρεθάνη φελλός δέρμα PVC πολυαμίδια κάποια πλαστικά Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαβρωτική ικανότητα (2/2) Συμβατά υλικά Μεταλλικά: ανοδιωμένο αλουμίνιο χάλυβας & ανοξείδωτος χάλυβας σίδηρος μπρούντζος (bronzeCu – Sn) Μη μεταλλικά: πολυμερείς ενώσεις νεοπρένιο υαλονήματα θερμοπλαστικά πολυπροπυλένιο teflon Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Απαραίτητες τροποποιήσεις κινητήρων Otto Joseph Jr., 2005 Μη απαραίτητες Πιθανώς απαραίτητες Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επικαθήσεις(1/2) 1.3L mpi 3spd Autom. 1996 125 811 km 1.6L mpi 4spd Automatic 1997 85 060 km Orbital Australia PTY Ltd., 2007 Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επικαθήσεις(2/2) Orbital Australia PTY Ltd., 2007 1997 Toyota Hilux 2.4L Carburetor 115 418 km Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ Σίνδος, Απρίλιος 2010