Vrhunska nano-goriva ultrazvučnom disperzijom
Razvoj nanogoriva počinje efektivnom disperzijom. Nanočestice koje se dodaju dizelu, biodizelu ili miješanim gorivima mogu utjecati na sagorijevanje, ali njihov učinak ovisi o tome koliko su dobro raspoređene u tekućini. Aglomeracija i sedimentacija otežavaju održavanje konzistentne koncentracije aditiva i postizanje ponovljivih rezultata. Ultrazvučna disperzija rješava ovaj izazov razbijanjem klastera čestica i distribucijom nanoaditiva kroz gorivo.
Nano-goriva
Nanogoriva se sastoje od mješavine osnovnog goriva (npr. dizel, biodizel, mješavine goriva) i nano-čestica. Te nanočestice djeluju kao hibridni nanokatalizatori, koji nude veliku reaktivnu površinu. Ultrazvučna disperzija nano-aditiva dovodi do značajnog poboljšanja performansi goriva kao što je smanjeno kašnjenje paljenja, duže održavanje plamena i paljenje aglomerata, kao i značajna ukupna smanjenja emisije.
Mješavine čestica goriva nano veličine odlikuju se čistim tekućim gorivom u pogledu performansi goriva zbog veće gustine energije, bržeg i lakšeg paljenja, poboljšanog katalitičkog efekta, smanjene emisije, bržeg isparavanja i sagorijevanja i poboljšane efikasnosti sagorijevanja.
Koristite sonikaciju za nano-raspršivanje čestica u gorivima!
Kontaktirajte naš tim kako biste istražili ultrazvučnu disperziju za vašu kombinaciju goriva i nanočestica.
7kW ultrazvučni sistem protoka
Nanogoriva: Ultrazvučna disperzija nanočestica u gorivu
Kako bi se izbjeglo taloženje nanočestica u rezervoaru goriva, čestice moraju biti sofisticirano dispergovane. Ultrazvučna disperzija pomaže u inkorporaciji nanočestica kao što su cerijum-oksid, aluminij-oksid i ugljenični nanotubovi u dizel, biodizel i mješavine goriva.
Kroz akustičnu kavitaciju – formiranje i kolaps mikroskopskih mjehurića – Sonikacija generiše intenzivne lokalne smične sile koje razbijaju aglomerate čestica i raspoređuju aditive kroz tečnost. Ovo izlaže veću površinu čestica okolnom gorivu, podržavajući procjenu katalitičkih i sagorijevajućih koristi.
Ultrazvuk prenosi svoje disperzijsko djelovanje direktno u tečnost bez dodavanja zrnaca za mljevenje, eliminišući potrebu za razdvajanjem medija nakon mljevenja. Hielscher sonikatori podržavaju i pripremu serija i kontinuiranu inline obradu, čineći tehniku korisnom od laboratorijskih istraživanja do industrijske proizvodnje.
Lista u nastavku daje vam pregled već testiranih nanomaterijala raspršenih u gorivima:
- CNTs – ugljične nanocijevi
- Ag – srebro
- Al – aluminijum
- Al2O3 – aluminijum oksid
- AlCuOx – aluminijum bakreni oksidi
- B – bor
- Ca – kalcijum
- CaCO3 – kalcijum karbonat
- Fe – gvožđe
- Cu – bakar
- CuO – bakar oksid
- Ce – cerijum
- CeO2 – cerij oksid
- (izvršni direktor2)·(ZrO2) – cerij cirkonijum oksid
- CO – kobalt
- Mg – magnezijum
- Mn – mangan
- TiO2 – titanijum dioksid
- ZnO – cink oksid
Nano skalirani, ultrazvučno mono-dispergirani cerij oksid nudi visoku katalitičku aktivnost zbog svog visokog omjera površine i zapremine što dovodi do poboljšane efikasnosti goriva i smanjene emisije.
Aqua-Fuels: Nano-Sized Emulsion-Fuels with Sonication
Aqua-goriva su emulzije voda-u-gorivu u kojima se fine kapljice vode distribuiraju kroz kontinuiranu fazu goriva, kao što je dizel. Hielscher sonikatori generišu intenzivnu akustičku kavitaciju koja razbija veće kapljice na manje, omogućavajući razvoj emulzija sa nanoskalnim kapljicama pod odgovarajućim uslovima formulacije i obrade. Podesiva ultrazvučna amplituda, kontrolisani unos energije i upravljanje temperaturom pomažu u optimizaciji veličine i ponovljivosti kapljica, dok kompatibilni emulgatori podržavaju stabilnost tokom skladištenja i rukovanja.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučno pripremljenim aqua-gorivima!
Ultrazvučno miješanje goriva
Ultrazvučna tehnologija emulgiranja koristi se za proizvodnju stabilnih mješavina etanol-u-dekanu, etanol-u-dizelu ili dizel-biodizel-etanol/bioetanol. Takve mješavine su idealno osnovno gorivo, koje se u drugom koraku može poboljšati dispergiranjem nanočestica u gorivo.
Ultrazvučna proizvodnja emulzionih goriva
Industrijski sonikatori za disperziju i emulgaciju nano-goriva
Hielscher sonikatori kombinuju efikasnu deaglomeraciju nanočestica sa preciznom kontrolom procesa za razvoj i proizvodnju nanogoriva. Intenzivna ultrazvučna kavitacija pomaže u razbijanju klastera čestica i distribuciji aditiva kao što su metalni oksidi i ugljične nanocijevi kroz dizel, biodizel i miješana goriva. Podesiva amplituda i praćenje unosa energije i temperature podržavaju ponovljivu obradu i optimizaciju formulacije. Sa laboratorijskim instrumentima i industrijskim sistemima konfigurisanim za serijski ili kontinuirani protočni rad, Hielscher pruža praktičan put od početnih ispitivanja do većih obima proizvodnje. Automatsko snimanje podataka procesa na digitalnim industrijskim modelima pomaže timovima da dokumentuju uspješne uvjete i održavaju konzistentnu obradu kako se propusnost povećava.
Povećanje proizvodnje i pouzdana proizvodnja
Kada formulacija zadovolji ciljeve kvaliteta, sonikacija protoka pruža put ka većim volumenima proizvodnje. Gorivo prolazi kroz zonu ultrazvučne obrade pod kontrolisanim radnim uslovima, pri čemu se bira jednokratna ili recirkulirajuća obrada u zavisnosti od traženog rezultata. Za odabir opreme, navedite bazno gorivo, tip i koncentraciju aditiva, ciljanu kvalitetu disperzije, potrebnu produktivnost i radnu temperaturu. Ovi podaci omogućavaju Hielscher-u da preporuči procesor, sonotrodu i konfiguraciju protok-ćelije za probne procese i naknadno povećanje proizvodnje.
Hielscher nudi isplative, vrlo robusne ultrazvučne procesore s malim otiskom za instalaciju u postrojenjima s ograničenim prostorom i zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni sonikator |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| N / A | veći | klaster of UIP16000hdT |
MultiPhaseCavitator – Umetak protok ćelije za superiorne nano-emulzije
Često postavljana pitanja o proizvodnji ultrazvučnih nanogoriva
Šta su nano-goriva
Nano-goriva se odnose na mješavinu goriva i nano-čestica. Raspršivanjem nanoenergetskih čestica u gorivo, fizičko-hemijska svojstva goriva se mijenjaju njihovom funkcijom, njihovom disperzivnom strukturom i složenom interakcijom prijenosa topline, protoka fluida i interakcija čestica. Zbog heterogenog sastava, karakteristike nanogoriva su određene vrstom osnovnog goriva, kao i sastavom, veličinom, oblikom, koncentracijom i fizičkim i hemijskim svojstvima nanočestica. Karakteristike nanogoriva mogu se značajno razlikovati od karakteristika osnovnog goriva.
Kako se dizel koristi kao gorivo?
Dizel je tečno gorivo koje se sagorijeva u dizel motorima. U dizel motorima, gorivo se pali bez ikakve iskre, već kompresijom ulazne mješavine zraka i zatim ubrizgavanjem dizel goriva.
Konvencionalno dizel gorivo je specifični frakcionalni destilat naftnog lož ulja. U širem smislu, termin dizel se odnosi i na goriva koja nisu izvedena iz nafte, npr. biodizel, biomasa-tečnost (BTL), gas-tečnost (GTL) ili dizel iz uglja-tečnost (CTL). BTL, GTL i CTL su takozvana sintetička dizel goriva, koja se mogu dobiti iz bilo kojeg ugljičnog materijala (npr. biomasa, biogas, prirodni gas, ugalj, itd.). Nakon gasifikacije sirovine u sintezni gas, praćene pročišćavanjem, pretvara se Fischer–Tropsch reakcijom u sintetički dizel. Dizel sa ultra-niskim sumporom (ULSD) je standard za dizel gorivo koje sadrži značajno smanjen sadržaj sumpora.
Šta je biodizel?
Biodizel je obnovljivo gorivo koje se proizvodi od biljnih ulja, životinjskih masti ili recikliranih masti. Biodizel se može koristiti za rad u dizel vozilima i generatorima. Njegova fizička svojstva su slična onima kod naftnog dizela, iako čistije gori. Biodizel smanjuje emisije neizgorelih ugljikovodika (UHC), ugljičnog dioksida (CO2), ugljičnog monoksida (CO), sumpornih oksida i čestica čađi – u poređenju sa emisijama proizvedenim sagorevanjem konvencionalnog dizela. Emisija dušikovih oksida (NOx) može biti veća kod biodizela (u odnosu na dizel). Međutim, ovo se može smanjiti optimizacijom vremena ubrizgavanja goriva.
Proizvodnja biodizela je znatno poboljšana ultrazvučnom transesterifikacijom. Kliknite ovdje da saznate više o proizvodnji ultrazvučnog biodizela!
Može li se etanol koristiti kao gorivo?
Da, etanol – etil alkohol (C₂H5OH) – može se koristiti kao gorivo. Etanolna goriva se uglavnom koriste kao motorna goriva – uglavnom kao aditiv za biogorivo u benzinu. Danas se automobili mogu pokretati koristeći 100% etanolno gorivo ili koristeći takozvana flex-goriva, koja su mješavina etanola i benzina. Obično se proizvodi procesom fermentacije biomase, npr. kukuruza ili šećerne trske. Budući da je etanol gorivo dobiveno iz obnovljive, održive biomase, često se naziva bioetanol. Snažni ultrazvuk može značajno poboljšati proizvodnju bioetanola. Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnoj proizvodnji bioetanola!
Etanol je oksigenat u E-dizelu. Glavni nedostatak E-dizela je nemešljivost etanola u dizelu u širokom rasponu temperatura. Međutim, biodizel se može uspješno koristiti kao amfifilni surfaktant za stabilizaciju etanola i dizela. Etanol-biodizel-dizel (EB-dizel) gorivo može se ultrazvučno pomiješati u mikro- ili nano-emulziju tako da je EB-dizel stabilan – čak i na temperaturama ispod nule i nudi superiorna svojstva goriva od običnog dizel goriva.
Kako ultrazvučna disperzija funkcioniše u proizvodnji nanogoriva?
Ultrazvučna disperzija koristi akustičnu kavitaciju za razbijanje aglomerata čestica u gorivu. Formiraju se i kolabiraju mikroskopske mjehuriće, stvarajući lokalne smične sile i tečne mlazove koji odvajaju grupisane čestice. Ovaj proces pomaže u ravnomjernoj distribuciji nano-dodataka kroz tečnost i podržava ponovljivo razvijanje formulacija.
Koje nanočestice se mogu dispergovati u goriva korištenjem ultrazvuka?
Materijali koji se istražuju u formulacijama goriva uključuju cerij oksid (CeO₂), aluminijum oksid (Al₂O₃), titanijum dioksid (TiO₂), cink oksid (ZnO) i ugljenične nanocevi (CNT). Odgovarajući aditiv zavisi od osnovnog goriva i ciljanih performansi. Svaka kombinacija zahtijeva testiranje kako bi se utvrdile odgovarajuće koncentracije, uvjeti obrade i stabilnost.
Koja je razlika između disperzije nanogoriva i nanoemulzije goriva?
Raspršenje nanopartikula sadrži čvrste čestice raspoređene unutar tečnog goriva. Nanoemulzija goriva sadrži vrlo male kapljice jedne tekućine raspoređene u drugoj, poput kapljica vode u dizelu. Ultrazvuk može podržati oba procesa. Formulacije koje sadrže nanopartikule i raspršene tečne kapljice zahtijevaju procjenu i stabilnosti čestica i stabilnosti emulzije.
Da li ultrazvučno raspršenje sprječava taloženje nanopartikula?
Ultrazvučni tretman može smanjiti aglomeraciju i poboljšati početnu raspodjelu čestica, ali trajna stabilnost također zavisi od formulacije. Svojstva čestica, koncentracija aditiva, sastav goriva i kompatibilni disperzanti utiču na to da li čestice ostaju suspendovane. Testovi skladištenja trebaju utvrditi koliko dugo završeno nanogorivo održava prihvatljivu raspodjelu pod predviđenim uslovima.
Koji su parametri ultrazvučne obrade najvažniji?
Ključni parametri uključuju amplitudu, ulaznu energiju, trajanje tretmana i temperaturu. Za obradu kroz protok, također su važni protok i tlak u reaktoru. Ove postavke treba ocjenjivati zajedno s formulacijom. Dokumentiranje uvjeta koji proizvode željenu disperziju pomaže uspostaviti ponovljivu obradu i podržava naknadno povećanje obima.
Može li se ultrazvučna proizvodnja nanogoriva skalirati iz laboratorija na kontinuiranu obradu?
Da. Laboratorijska ispitivanja mogu utvrditi formulaciju i uvjete obrade prije procjene u ultrazvučnoj ćeliji za protok. U kontinuiranom radu, gorivo prolazi kroz kontrolisanu zonu tretmana. Povećanje obima treba potvrditi da veći sistem postiže potrebnu kvalitetu disperzije i stabilnost pri predviđenom protoku.
Kako da izaberem Hielscher ultrazvučni disperzator za nanogoriva?
Počnite sa osnovnim gorivom, vrstom i koncentracijom nanočestica, potrebnim volumenom ili protokom u seriji, te kvalitetom ciljne disperzije. Uključite radnu temperaturu i predviđeni period skladištenja. Ovi detalji nam pomažu da preporučimo idealnu konfiguraciju sonikatora, sonotroda i ćelije protoka za ispitivanja primjene i planiranje proizvodnje.
Literatura / Reference
- Asako, Yutaka & Mohamed, S.; Muhammad, Nura & Aziz, Arif; Yusof, Siti Nurul Akmal; Che Sidik, Nor Azwadi (2021): A comprehensive review of the influences of nanoparticles as a fuel additive in an internal combustion engine (ICE). Nanotechnology Reviews 9,2021. 1326-1349.
- D’Silva, R.; Vinoothan, K.; Binu, K.G.; Thirumaleshwara, B.; Raju, K. (2016): Effect of Titanium Dioxide and Calcium Carbonate Nanoadditives on the Performance and Emission Characteristics of C.I. Engine. Journal of Mechanical Engineering and Automation 6(5A), 2016. 28-31.
- Ghanbari, M.; Najafi, G.; Ghobadian, B.; Mamat, R.; Noor, M.M.; Moosavian, A. (2015): Adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) to predict CI engine parameters fueled with nano-particles additive to diesel fuel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 100, 2015.
- Heydari-Maleney, K.; Taghizadeh-Alisaraei, A.; Ghobadian, B.; Abbaszadeh-Mayvan, A. (2017): Analyzing and evaluation of carbon nanotubes additives to diesohol-B2 fuels on performance and emission of diesel engines. Fuel 196, 2017. 110–123.
- Raj, N.M.; Gajendiran, M.; Pitchandi, K.; Nallusamy, N. (2016): Investigation on aluminium oxide nano particles blended diesel fuel combustion, performance and emission characteristics of a diesel engine. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 8(3), 2016. 246-257.