Overlegne nanobrændstoffer ved ultralydsdispersion
- Ultralydsdispersion bruges til at producere nanobrændstoffer eller diesohol, en brændstofblanding af ethanol og diesel, som forbedres ved tilsætning af CNT'er eller nanopartikler.
- Ultralyd producerer superfine emulsioner og dispersioner af nanobrændstof.
- Ultralydsspredte nanopartikler i brændstoffer forbedrer brændstofts ydeevne og emissionsegenskaber.
- Ultralyd inline dispergeringsmidler er tilgængelige i industriel skala til produktion af nanobrændstoffer.
Nanobrændstoffer
Nanobrændstoffer består af en blanding af et basisbrændstof (f.eks. diesel, biodiesel, brændstofblandinger) og nanopartikler. Disse nanopartikler fungerer som hybride nanokatalysatorer, der tilbyder et stort reaktivt overfladeareal. Ultralydsspredningen af nanoadditivet resulterer i væsentligt forbedret brændstofydelse, såsom reduceret tændingsforsinkelse, længere flammenæring og agglomeratantændelse samt betydelige samlede reduktioner i emissionen.
Brændstof-partikelblandinger i nanostørrelse udmærker sig ved rent flydende brændstof med hensyn til brændstofydelse ved højere energitæthed, hurtigere og lettere antændelse, forbedret katalytisk effekt, reduceret emission, hurtigere fordampning og forbrændingshastighed og forbedret forbrændingseffektivitet.
Ultralydsspredning af nanopartikler i brændstof
For at undgå bundfældning af nanopartikler i brændstoftanken skal partiklerne spredes sofistisk. Ultralydsprocessorer er kraftfulde og pålidelige dispergeringsmidler, som er kendt for deres evne til at blande, deagglomerere og endda fræse nanopartikler, så der opnås en stabil dispersion med den ønskede partikelstørrelse.
Hielschers ultralydsdispergeringsmidler er gennemprøvede værktøjer til at sprede nanorør og partikler til brændstoffer.
Listen nedenfor giver dig et overblik over allerede testede nanomaterialer, der er spredt i brændstoffer:
- CNT'er – Kulstof nanorør
- Ag – Sølv
- Al – aluminium
- Al2O3 – aluminiumoxid
- AlCuOx – aluminium kobberoxider
- b – bor
- Ca – kalcium
- CaCO3 – Calciumcarbonat
- Fe – jern
- Cu – Kobber
- CuO – kobberoxid
- Ce – cerium
- Administrerende direktør2 – ceriumoxid
- (Administrerende direktør)2)· (ZrO2) – cerium zirconiumoxid
- CO – kobolt
- Mg – magnesium
- Mn – mangan
- TiO2 – titandioxid
- ZnO – Zinkoxid
7kW ultralydsflowsystem
Nano-skaleret, ultralyd monodispergeret ceriumoxid tilbyder høj katalytisk aktivitet på grund af dets høje overflade-til-volumen-forhold, hvilket fører til forbedret brændstofeffektivitet og reducerede emissioner.
Ultralyd nanoemulsioner
Ultralydsemulgeringsteknologi bruges til at producere stabile ethanol-i-dekan, ethanol-i-diesel eller diesel-biodiesel-ethanol/bioethanolblandinger. Sådanne blandinger er et ideelt basisbrændstof, som i et andet trin kan forbedres ved at sprede nanopartikler i brændstoffet.
Ultralyd nano-emulgering bruges også med succes til at producere akva-brændstoffer.
Klik her for at lære mere om ultralydsforberedte akvabrændstoffer!
Ultralydsproduktion af emulsionsbrændstoffer
Industrielle ultralydssystemer
Generering af stabile emulsioner og dispersioner kræver effekt, ultralyd og høje amplituder. Hielscher Ultralyd’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder, hvilket er vigtigt for at producere emulsioner og dispersioner i nanostørrelse. Derfor kan vores industrielle ultralydapparater let køres på amplituder på op til 200 μm i 24/7 drift under tunge forhold. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige.
Hielscher tilbyder omkostningseffektive, meget robuste ultralydsprocessorer med et lille fodaftryk til installation i anlæg med begrænset plads og krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
IndsætMPC48 – Hielschers løsning til overlegne nano-emulsioner
Litteratur / Referencer
- 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.
Fakta, der er værd at vide
Nanobrændstoffer
Nanobrændstoffer henviser til en blanding af brændstof og nanopartikler. Ved at sprede nano-energetiske partikler i brændstoffet ændres brændstoffets fysisk-kemiske egenskaber af deres funktion, deres dispersive struktur og det komplekse samspil mellem varmeoverførsel, væskestrøm og partikelinteraktioner. På grund af den heterogene sammensætning bestemmes nanobrændstofegenskaber af typen af basisbrændstof samt nanopartiklernes sammensætning, størrelse, form, koncentration og fysiske og kemiske egenskaber. Nanobrændstofegenskaberne kan afvige markant fra basisbrændstoffets egenskaber.
diesel
Diesel er flydende brændstof, der forbrændes i dieselmotorer. I dieselmotorer antændes brændstoffet uden gnist, men ved at komprimere indsugningsluftblandingen og derefter indsprøjte dieseloliet.
Konventionel dieselolie er et specifikt fraktioneret destillat af petroleumsbrændselsolie. I bredere forstand henviser udtrykket diesel til brændstoffer, der ikke stammer fra olie, f.eks. biodiesel, biomasse-til-iquid (BTL), gas-til-væske (GTL) eller kul-til-væske (CTL) diesel. BTL, GTL og CTL er såkaldte syntetiske dieselbrændstoffer, som kan udvindes af ethvert kulstofholdigt materiale (f.eks. biomasse, biogas, naturgas, kul osv.). Efter forgasning af råmaterialet til syntesegas efterfulgt af rensning omdannes det via Fischer-Tropsch-reaktion til syntetisk diesel. Ultra-lavsvovl diesel (ULSD) er en standard for dieselolie, der indeholder et betydeligt sænket svovlindhold.
Biodiesel
Biodiesel er et vedvarende brændstof, der er fremstillet af vegetabilske olier, animalsk fedt eller genbrugsfedt. Biodiesel kan bruges til at køre i dieselkøretøjer og generatorer. Dens fysiske egenskaber svarer til petroleumsdiesel, selvom den brænder renere. Biodiesel reducerer emissionerne af uforbrændte kulbrinter (UHC), kuldioxid (CO2), kulilte (CO), svovloxider og sodpartikler – sammenlignet med emissioner fra forbrænding af konventionel diesel. Udledningen af nitrogenoxider (NOx) kan være højere for biodiesel (sammenlignet med diesel). Dette kan dog reduceres ved at optimere tidspunktet for brændstofindsprøjtning.
Biodieselproduktionen forbedres betydeligt ved ultralydstransesterificering. Klik her for at lære mere om ultralydsproduktion af biodiesel!
ethanol
Ethanolbrændstof er ethylalkohol (C2H5OH), der anvendes som brændstof. Ethanolbrændstoffer bruges mest som motorbrændstof – hovedsageligt som et biobrændstofadditiv i benzin. I dag kan biler køres med 100 % ethanolbrændstof eller med såkaldte flex-brændstoffer, som er en blanding af ethanol og benzin. Det produceres almindeligvis ved en gæringsproces af biomasse, f.eks. majs eller sukkerrør. Da ethanolbrændstof stammer fra vedvarende, bæredygtig biomasse, kaldes det ofte bioethanol. Power ultralyd kan forbedre produktionen af bioethanol betydeligt. Klik her for at lære mere om ultralydsproduktion af bioethanol!
Ethanol er iltatet i E-diesel. Den største ulempe ved E-diesel er ublandbarheden af ethanol i diesel over en lang række temperaturer. Biodiesel kan dog med succes bruges som et amfifilt overfladeaktivt middel til at stabilisere ethanol og diesel. Ethanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) brændstof kan blandes ultralyd til en mikro- eller nano-emulsion, så EB-dieselen er stabil – selv ved minusgrader og tilbyder overlegne brændstofegenskaber i forhold til almindeligt dieselbrændstof.