Nano-Kraftstoffe mittels Ultraschall-Dispergierung
- Mittels Ultraschall-Dispersion werden CNTs oder Nanopartikel in Nanokraftstoffe oder Diesohol (Kraftstoffmischung aus Ethanol und Diesel) eingemischt, um die Kraftstoffeffizienz zu steigern.
- Hochleistungs-Ultraschall produziert ultrafeine, nano-skalige Kraftstoffemulsionen und -dispersionen.
- Mittels Ultraschall in Kraffstoff dispergierte Nanopartikel verbessern sowohl die Kraftstoffleistung als auch Emissionsausstoß.
- Hielscher bietet industrielle Ultraschall-Inline-Dispergatoren für die Herstellung von Nanokraftstoffen.
Nano-Karftstoffe
Nanokraftstoffe bestehen aus einem Kraftstoff (Diesel, Biodiesel, Kraftstoffmischungen) sowie dispergierten Nanopartikeln. Diese Nanopartikel dienen als hybride Nanokatalysatoren, welche eine große reaktive Partikeloberfläche bieten. Mittels Ultraschall dispergierte Nanoadditive verbessern die Kraftstoffleistung erheblich. Diese Nanokraftstoffe weisen kürzere Zündverzögerungszeiten, längeren Flammerhalt, eine verdichtete Zündung sowie eine erheblich reduzierte Gesamtemissionen auf.
Nano-Kraftstoffmischungen, denen Nanopartikel beigemischt wurden, übertreffen reine Flüssigkraftstoffe in Hinblick auf deren Brennstoffleistung durch eine höhere Energiedichte, eine schnellere und einfachere Zündung, verbesserte katalytische Wirkung, geringere Emission, schnellere Verdampfung und Brenngeschwindigkeit reduziert sowie eine verbesserte Verbrennungseffizienz.
Ultraschall-Dispergierte Nanopartikel in Kraftstoffen
Um das Sedimentieren von Nanopartikeln im Tank zu vermeiden, müssen die Partikel äußerst fein dispergiert werden. Ultraschallprozessoren sind starke und zuverlässige Dispergatoren, die für ihre herausragende Leistungsfähigkeit beim Dispergieren, Desagglomerieren und Vermaahlen von Nanopartikeln geschätzt werden. Mittels Hochleistungs-Ultraschall können stabile Dispersionen mit sehr kleinen Korngrößen hergestellt werden.
Hielscher Ultraschallsysteme dispergieren Partikel nachweislich auf nanoskaliger Ebene in Kraftstoffen.
Die folgende Liste gibt einen Überblick über Nanomaterialien, welche bereits in Kraftstoffen getestet wurden:
- CNTs – Carbon Nanotubes
- Ag – Silber
- Al – Aluminium
- Al2O3 – Aluminiumoxid
- AlCuOx – Kupfer-Aluminiumoxide
- b – Bor
- Ca – Calcium
- CaCO3 – Kalziumcarbonat
- Fe – Eisen
- Cu – Kupfer
- CuO – Kupferoxid
- Ce – Cerium
- CeO2 – Ceriumoxid
- (CeO2)·(ZrO2) – Cerium-Zirkonoxid
- CO – Kobalt
- Mg – Magnesium
- Mn – Mangan
- TiO2 – Titandioxid
- ZnO – Zinkoxid
7kW Ultraschall-Durchflusssystem
Nanoskaliges, durch Ultraschall mono-disperses Ceroxid bietet durch sein hohes hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnis eine sehr gute katalytische Aktivität führt dadurch zu verbesserter Kraftstoffeffizienz und geringeren Emissionen.
Nanoemulsionen durch Ultraschall
Die Ultraschall-Emulgiertechnologie wird dazu verwendet, um stabile Ethanol-in-Dekan, Ethanol-in-Diesel oder Diesel-Biodiesel-Ethanol/Bioethanol -Gemische herzustellen. Solche Gemische sind ein idealer Ausgangskraftstoff, der in einem zweiten Schritt durch das Einmischen von Nanopartikeln verbessert werden kann.
Ultraschall-gestützte Produktion von Nanoemulsionen wird zudem erfolgreich eingesetzt, um Aqua-Kraftstoffe herzustellen.
Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschall-gestützte Herstellung von Aqua-Kraftstoffen zu erfahren!
Ultraschallproduktion von Emulsionskraftstoffen
industrielle Ultraschallsysteme
Für die Herstellung stabiler Emulsionen und Dispersionen sind Hochleistungs-Ultraschall und hohe Amplituden erforderlich. Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren liefern sehr hohe Amplituden - ein unerlässlicher Faktor, um nanoskalige Emulsionen und Dispersionen zu produzieren. Deshalb können unsere industrielle Ultraschallsysteme problemlos mit Amplituden von bis zu 200µm im 24/7-Betrieb unter Heavy-Duty-Bedingungen betrieben werden. Für noch höhere Amplituden stehen kundenspezifisch angefertigte Sonotroden zur Verfügung.
Hielscher bietet kostengünstige, robuste Ultraschallprozessoren mit geringem Platzbedarf für die Integration in Produktionlinien mit begrenztem Platz sowie in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
InsertMPC48 – Hielscher's Lösung für superfeine Nanoemulsionen
Literatur / Literaturhinweise
- 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.
Wissenswertes
Nano-Karftstoffe
Als Nano-Kraftstoffe werden Kraftstoffgemische bezeichnet, die mit Nanopartikeln versetzt sind. Durch die Dispergierung energetischer Nanopartikel in den Kraftstoff werden die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Kraftstoffs durch die Eigenschaften der Nanomaterialien, z.B. deren dispersen Struktur, sowie dem komplexen Zusammenspiel von Wärmeübertragung, Strömung und Partikelwechselwirkungen beeinflusst. Aufgrund ihrer heterogenen Zusammensetzung sind die Eigenschaften eines Nanokraftstoffes stark von dem Ausgangskraftstoff, der Zusammensetzung, Partikelgröße und -form, Konzentration sowie von den spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Nanopartikel abhängig. Die Eigenschaften des Nanokraftstoffes kann sich jedoch erheblich von den Eigenschaften der Ausgangskraftstoffes unterscheiden.
Diesel
Diesel ist ein Flüssigkraftstoff, welcher in Dieselmotoren verbrannt wird. Bei Dieselmotoren wird der Brennstoff ohne Funken, sondern lediglich durch Komprimieren des Einlassluft-Gemisches und die anschließende Injektion des Dieselkraftstoffes gezündet.
Herkömmlicher Diesel-Kraftstoff besteht aus einem bestimmten Fraktion des Erdöldestillates. Im weiteren Sinne umfasst der Begriff "Diesel" auch Brennstoffe, die nicht nicht aus Erdöl gewonnen werden, z.B. Biodiesel sowie aus Biomasse (biomass-to-iquid / BTL), Gas (gas-to-liquid / GTL) oder Kohle (coal-to-liquid / CTL) gewonnener Diesel. BTL, GTL und CTL sind so genannte synthetische Dieselkraftstoffe, die aus kohlenstoffhaltigen Material (z. B. Biomasse, Biogas, Erdgas, Kohle, etc.) hergestellt werden können. Nach der Vergasung des Ausgangsmaterials in ein Synthesegas und einer Aufreinigung wird dieser Kraftstoff durch eine Fischer-Tropsch-Reaktion in synthetischem Diesel umgewandelt. Ultralow Sulfur Diesel (ULSD) ist ein Standard für Dieselkraftstoff, welcher einen deutlich reduzierten Schwefelgehalt aufweist.
Biodiesel
Biodiesel ist ein erneuerbarer Brennstoff, welcher aus pflanzlichen Ölen, tierische Fetten oder recycelten Ölen bzw. Fette hergestellt wird. Biodiesel kann in Dieselfahrzeugen und Generatoren verbrannt werden. Biodiesel weist ähnliche physikalischen Eigenschaften wie aus Erdöl gewonnener Diesel auf, wobei Biodiesel sauberer verbrennt. Biodiesel reduziert die Emissionen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (UHC), Kohlendioxids (CO2), Kohlenmonoxids (CO), Schwefeloxide und Rußpartikel – im Vergleich zu den Emissionen welche bei der Verbrennung herkömmlichen Diesels entstehen. Die Emission von Stickoxiden (NOx) kann für Biodiesel (im Vergleich zu Diesel) allerdings höher sein. Durch einen optimierten Einspritzungszeitpunkt lässt sich diese Emission jedoch reduzieren.
Die Biodiesel-Produktion lässt sich durch eine ultraschall-gestützte Umesterung signicfikant verbessern. Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschall-gestützte Biodiesel-Produktion zu erfahren!
Ethanol
Ethanol ist ein Ethylalkohol (C2H5OH), der als Kraftstoff verwendet wird. Ethanol-Kraftstoffe werden meist als Treibstoff eingesetzt. – vor allem als Biokraftstoffzusatz in Benzin (z.B. E85). Heutige Automobile können sogar mit 100% Ethanol-Kraftstoff oder mit so genannten Flex-Kraftstoffen, die aus einem Gemisch aus Ethanol und Benzin bestehen, laufen. Ethanol wird häufig durch einen Gärungsprozess von Biomasse, wie z.B. Mais oder Zuckerrohr, hergestellt. Da Ethanol-Kraftstoff aus erneuerbaren Energiequellen stammt, wird er häufig als Bioethanol bezeichnet. Hochleistungs-Ultraschall kann die Produktion von Bioethanol erheblich verbessern. Klicken Sie hier, um weitere Informationen zur ultraschall-gestützten Bioethanol-Produktion zu erfahren!
Ethanol dient als Oxygenat in E-Diesel (Ethanoldiesel). Der Nachteil von E-Diesel liegt in der Phasentrennung von Ethanol und Diesel über einen weiten Temperaturbereich. Allerdings kann Biodiesel erfolgreich als amphiphiles Tensid verwendet werden, um ein Ethanol-Dieselgemisch zu stabilisieren. Ethanol−Biodiesel−Diesel (EB-Diesel) kann mittels Ultraschall zu einer Nano-Emulsion gemischt werden, so dass der EB-Diesel stabil bleibt – sogar bei unter Temperaturen unter dem Gefrierpunkt - gleichzeitig bietet EB-Diesel im Vergleich zu herkömmlichem Dieselkraftstoff überlegene Kraftstoffeigenschaften.