Hielscher – Ultraschall-Technologie

Hochleistungs-Ultraschall für Wasser-in-Diesel-Emulsionen

Die Verwendung von Wasser-Kraftstoff-Emulsionen expandiert aufgrund verschärfter Umweltauflagen und des härteren Wettbewerbs in der Logistik rasch. Die ultraschall-gestützte Emulgier-Technologie ermöglicht eine effizientere Verwendung von Treibstoffen, wie z.B. Schweröl oder Diesel, indem dem Treibstoff feine Wassertröpfchen beigemengt werden. Ultraschall-emulgierte Wasser-Treibstoff-Gemische zeichnen sich durch eine vollständigere Verbrennung und einen wirtschaftlicheren Kraftstoffverbrauch aus. Außerdem verbrennen die Treibstoffe unter deutlich geringerem Emissionsausstoß!

Wasser-Treibstoff-Emulsion

Bei der Verbrennung von Kraftstoffen entstehen gefährliche Gase wie z.B. Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) sowie Feinstaubpartikel (PM), Ruß und Qualm, welche gesundheits- und umweltschädlich sind. Die Emission dieser Schadstoffe kann deutlich reduziert werden, indem den Treibstoffen Wasser zugesetzt wird.
Die Beimengung von 5 – 25% Wasser in den Kraftstoff, z.B. Schweröl oder Diesel, kann der Emisson gefährlicher Schadstoffe drastisch reduzieren. Das eingespritzte Wasser reduziert die lokale adiabatische Verbrennungstemperatur. Verschiedenen Studien haben bewiesen, dass damit der Ausstoß von NOx um bis zu 40% und der Ausstoß von CO2 um 5 – 15% und von Feinstaub um bis zu 90% % gesenkt werden kann. Schwarzer Rauch, der durch eine unvollständige Dieselverbrennung entsteht, kann sogar vollständig vermieden werden, da der Treibstoff vollständig verbrannt wird..
Gleichzeitig kann der Kraftstoffverbrauch um ca. 5% reduziert werden. Umweltschutz und Kosteneinsparung aufgrund reduzierten Treibstoffverbrauchs durch innovative Ultraschalltechnologie!
Zu den emulgierbaren Kraftstoffen gehören flüssige Kohlenwasserstoffe, Rohöl, Schweröl (HFO), Naphtha, Kerosin, Diesel, Heizungsöl, Biodiesel sowie Pflanzenöle.

Umweltschutz & Wirtschaftliche Vorteile:

  • niedrigere NOx-Emissionen
  • geringere Rußemissionen
  • reduzierter Kraftstoffverbrauch
  • vollständigere Verbrennung
  • niedrigere Verbrennungsspitzentemperatur
  • geringere Verschmutzung des Kessels
Ultraschall in Nanogröße Wasser-Kraftstoff-Emulsionen emulgiert. (Klicken um zu vergrößern!)

Primäre und sekundäre Atomisierung beim Flammspritzen des emulgierten Kraftstoffs.

Die obige Grafik zeigt den Vergleich einer direkten Diesel-Verbrennung und einer Wasser-in-Diesel-Emulsion. Der Wasser im Diesel-Kraftstoff verbrennt deutlich sauberer. (Klicken Sie das Bild oben an, um es zu vergrößern!)

Ultraschall-gestützte Wasser-Treibstoff-Emulsionen

Hochleistungs-Ultraschall ist eine bekannte und bewährte Technologie, um feine Emulsionen mit Tropfengrößen im Mikro- und Nano-Bereich herzustellen. Die Technologie der Ultraschall-Emulgierung ruht auf den Scherkräften, welche durch Ultraschallkavitation erzeugt werden. Durch die Ultraschall- Kavitation werden die Wasser- und Kraftstoff-Tropfen auf nano-skalige Größe minimiert und einst miteinander vermischt, so dass eine sogenannte Nano- bzw. Miniemulsion entsteht. Bei der Ultraschall-gestützen Emulgierung im kontinuierlichen Inline-Modus können die Treibstoff- und Wasserströme individuell und präzise reguliert werden, so dass ein konstantes Verhältnis von Wasser und Kraftstoff gewährleistet wird.
Die Ultraschall-Homogenisatoren können direkt vor der Einspritzpumpe installiert werden, so dass die homogene Kraftstoff-Wasser-Emulsion sofort in den Motor gespritzt werden kann und somit eine Lagerung der Kraftstoff-Emulsion vermieden wird. Wenn die Kraftstoff-Wasser-Emulsion in den Brennraum eingespritzt wird, verdampfen die Wassertröpfchen aufgrund der hohen Temperaturen sehr schnell, da der Siedepunkt von Wassers deutlich niedriger ist als der von Kraftstoff. Bei der Verdampfung zerplatzen die Wassertröpfchen explosionsartig und zerteilen dadurch den Treibstoff in noch kleinere Tropfen. Dadurch wird das Wasser-Treibstoff-Gemisch im Brennraum atomisiert, wodurch Kraftstoff und Luft im Brennraum besser durchmischt werden und der Kraftstoff dadurch vollständig verbrannt werden kann. Die sehr kleinen Tröpfchen bieten eine sehr große Oberfläche, welche wiederum zu einer niedrigen Wasser-Öl-Oberflächenspannung führt, welche letztendlich die Atomisierung zusätzlich verbessert. Dadurch wird die Verbrennungseffizienz verbessert, so dass eine erhebliche Kraftstoffkostenreduktion erreicht wird, welche die Kosten für die Ultraschall-Emulsion deutlich übersteigt.
Das ultraschall-gestützte Mischen und Emulgieren ist ein Inline-Prozess, mit dem auch vorhandene Motoren einfach nachgerüstet werden können. Der Motor muss dafür nicht umgebaut werden.

Die Ultraschall-Emulsions-Technologie

Der Ultraschall-Emulgierung basiert auf Kavitation und hohen Scherkräften. Hoch-intensive Ultraschallwellen werden in ein flüssiges Medium (Kraftstoff-Wasser-Gemisch) eingetragen und erzeugen dabei Tropfengrößen im Nanobereich. Durch die feine Vermischung der Öl- und Wassertropfen entstehen zweiphasige Wasser-in-Öl-Emulsionen und dreiphasige Öl-in-Wasser-in-Öl-Emulsionen.

Installationen in:

  • BHKW – Blockheizkraftwerken
  • Diesel-Generatoren
  • Kraftwerken
  • Schiffen
  • Diesellokomotiven
  • nachrüstbar für alle Dieselmotoren
  • On-Board-Technologie: Seetauglichkeit

Heavy-Duty Ultraschallgeräte

Hielscher ist Hersteller Industrieller Ultraschall geräte, für Heavy-Duty-Einsätze. Unsere Ultraschallsysteme verarbeiten problemlos große Volumenströme – auch bei hohen Viskositäten. All unsere Ultraschall-Homogenisatoren sind für den 24/7-Betrieb unter anspruchsvollen Bedingungen entwickelt worden. Unsere Systeme sind kompakt und bedienerfreundlich, haben keine beweglichen Teile, sind einfach zu installieren und bedienen und benötigen kaum Wartung.
Die Ultraschall-gestützte Produktion von Emulsionskraftstoffen kann sicher über den PC oder via WebBrowser-Steuerung gesteuert werden. Die Zufuhr von zwei getrennten Wasser- und Kraftstoffströmen ermöglichen eine genaue Dosierung des Wasser-Kraftstoff-Verhältnisses sowie die präzise Anpassung des Kraftstoffgemisches während des Betriebs, so dass die jeweilige Motorlast und Geschwindigkeit berücksichtigt werden.

Kraftstoff sparen und reduziert NOx und Ruß-Emissionen mit Ultraschall erzeugten Emulsion Brennstoffen!

NOx-Reduktion

Ultraschallemulgierung ermöglicht Wasser-Brennstoff-Emulsion zu erzeugen (Anklicken zum Vergrößern!)

7 x 1kW Ultraschall für Emulsionskraftstoffe

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Hielscher Ultrasonics liefert leistungsstarken Homogenisator zur Herstellung von Emulsionsbrennstoffen

Ultraschall-Emulgierung von Wasser-Kraftstoffgemisch

Literatur

  • Al-Iwayzy, Saddam H.; Yusaf, Talal; Al-Juboori, Raed A. (2014): Biofuels from the Fresh Water Microalgae Chlorella vulgaris (FWM-CV) for Diesel Engines. Energies 7/2014. 1829-1851.
  • Khan, Mohammed Yahaya; Karim, Z. A. Abdul; Hagos, Ftwi Yohaness; Aziz, A. Rashid A.; Tan, Isa M. (2014): Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel. The Scientific World Journal 2014.
  • Scarpete, Dan (2013): Diesel-Water Emulsion, an Alterantive Fuel to Reduce Diesel Engine Emissions. Machines, Technologies, Materials 7/2013. 13-16.

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Wissenswertes

Ultraschallhomogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lyser, Ultraschall-Disruptor, Ultraschallmühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Ultraschallmischer, Ultraschall-Disperser oder Emulgator bezeichnet. Die verschiedenen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für welche Ultraschall erfolgreich eingesetzt werden kann.