Ανώτερα νανοκαύσιμα με διασπορά μέσω υπερήχων

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την παραγωγή νανοκαυσίμων με υπερήχους

Τι είναι τα νανοκαύσιμα

Τα νανοκαύσιμα είναι μείγματα καυσίμου και νανοσωματιδίων. Με τη διασπορά νανοενεργειακών σωματιδίων στο καύσιμο, οι φυσικοχημικές ιδιότητες του καυσίμου μεταβάλλονται λόγω της λειτουργικότητας των σωματιδίων, της δομής διασποράς τους και της σύνθετης αλληλεπίδρασης μεταξύ μεταφοράς θερμότητας, ροής ρευστού και αλληλεπιδράσεων των σωματιδίων. Λόγω της ετερογενούς σύνθεσης, τα χαρακτηριστικά του νανοκαυσίμου καθορίζονται από τον τύπο του βασικού καυσίμου, καθώς και από τη σύσταση, το μέγεθος, το σχήμα, τη συγκέντρωση και τις φυσικές και χημικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων. Τα χαρακτηριστικά του νανοκαυσίμου μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από τα χαρακτηριστικά του βασικού καυσίμου.

Πώς χρησιμοποιείται το ντίζελ ως καύσιμο;

Το ντίζελ είναι υγρό καύσιμο που καίγεται σε πετρελαιοκινητήρες. Στους πετρελαιοκινητήρες, το καύσιμο αναφλέγεται χωρίς σπινθήρα, με τη συμπίεση του εισερχόμενου μείγματος αέρα και την επακόλουθη έγχυση του καυσίμου ντίζελ.
Το συμβατικό καύσιμο ντίζελ είναι ένα συγκεκριμένο κλασματικό απόσταγμα πετρελαϊκού καυσίμου ελαίου. Με την ευρύτερη έννοια, ο όρος ντίζελ αναφέρεται επίσης σε καύσιμα που δεν προέρχονται από το πετρέλαιο, π.χ. βιοντίζελ, ντίζελ από μετατροπή βιομάζας σε υγρό καύσιμο (BTL), αερίου σε υγρό καύσιμο (GTL) ή άνθρακα σε υγρό καύσιμο (CTL). Τα BTL, GTL και CTL είναι τα λεγόμενα συνθετικά καύσιμα ντίζελ, τα οποία μπορούν να παραχθούν από οποιοδήποτε ανθρακούχο υλικό (π.χ. βιομάζα, βιοαέριο, φυσικό αέριο, άνθρακα κ.λπ.). Μετά την αεριοποίηση της πρώτης ύλης σε αέριο σύνθεσης και τον επακόλουθο καθαρισμό του, το αέριο μετατρέπεται μέσω της αντίδρασης Fischer–Tropsch σε συνθετικό ντίζελ. Το ντίζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (ULSD) είναι ένα πρότυπο για καύσιμο ντίζελ με σημαντικά μειωμένη περιεκτικότητα σε θείο.

Τι είναι το βιοντίζελ;

Το βιοντίζελ είναι ένα ανανεώσιμο καύσιμο που παράγεται από φυτικά έλαια, ζωικά λίπη ή ανακυκλωμένες λιπαρές ύλες. Το βιοντίζελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία πετρελαιοκίνητων οχημάτων και γεννητριών. Οι φυσικές του ιδιότητες είναι παρόμοιες με εκείνες του ντίζελ πετρελαϊκής προέλευσης, αν και καίγεται καθαρότερα. Το βιοντίζελ μειώνει τις εκπομπές άκαυστων υδρογονανθράκων (UHC), διοξειδίου του άνθρακα (CO2), μονοξειδίου του άνθρακα (CO), οξειδίων του θείου και σωματιδίων αιθάλης – σε σύγκριση με τις εκπομπές που παράγονται από την καύση συμβατικού ντίζελ. Οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου (NOx) μπορεί να είναι υψηλότερες για το βιοντίζελ (σε σύγκριση με το ντίζελ). Ωστόσο, αυτές μπορούν να μειωθούν με τη βελτιστοποίηση του χρονισμού του ψεκασμού καυσίμου.
Η παραγωγή βιοντίζελ βελτιώνεται σημαντικά με τη μετεστεροποίηση με υπερήχους. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την παραγωγή βιοντίζελ με υπερήχους!

Μπορεί η αιθανόλη να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο;

Ναι, η αιθανόλη – αιθυλική αλκοόλη (C₂H₅OH) – μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Τα καύσιμα αιθανόλης χρησιμοποιούνται κυρίως ως καύσιμα κινητήρων – κατά κύριο λόγο ως πρόσθετο βιοκαυσίμου στη βενζίνη. Σήμερα, τα αυτοκίνητα μπορούν να λειτουργούν με καύσιμο 100% αιθανόλης ή με τα λεγόμενα καύσιμα ευέλικτης σύνθεσης, τα οποία είναι μείγμα αιθανόλης και βενζίνης. Η αιθανόλη παράγεται συνήθως με ζύμωση βιομάζας, π.χ. καλαμποκιού ή ζαχαροκάλαμου. Επειδή το καύσιμο αιθανόλης προέρχεται από ανανεώσιμη, βιώσιμη βιομάζα, συχνά αποκαλείται βιοαιθανόλη. Οι υπέρηχοι ισχύος μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την παραγωγή βιοαιθανόλης. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την παραγωγή βιοαιθανόλης με υπερήχους!
Η αιθανόλη είναι το οξυγονούχο συστατικό του E-diesel. Το κύριο μειονέκτημα του E-diesel είναι η μη αναμιξιμότητα της αιθανόλης με το ντίζελ σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Ωστόσο, το βιοντίζελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί επιτυχώς ως αμφίφιλη επιφανειοδραστική ουσία για τη σταθεροποίηση της αιθανόλης και του ντίζελ. Το καύσιμο αιθανόλης–βιοντίζελ–ντίζελ (EB-diesel) μπορεί να αναμειχθεί με υπερήχους ώστε να σχηματίσει μικρογαλάκτωμα ή νανογαλάκτωμα, έτσι ώστε το EB-diesel να είναι σταθερό – ακόμη και σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν – και να προσφέρει ανώτερες ιδιότητες καυσίμου σε σύγκριση με το κοινό καύσιμο ντίζελ.

Πώς λειτουργεί η διασπορά με υπερήχους στην παραγωγή νανοκαυσίμων;

Η διασπορά με υπερήχους χρησιμοποιεί την ακουστική σπηλαίωση για τη διάσπαση συσσωματωμάτων σωματιδίων μέσα στο καύσιμο. Μικροσκοπικές φυσαλίδες σχηματίζονται και καταρρέουν, δημιουργώντας τοπικές δυνάμεις διάτμησης και πίδακες υγρού που διαχωρίζουν τα συσσωματωμένα σωματίδια. Αυτή η διεργασία βοηθά στην κατανομή των νανοπροσθέτων σε όλο το υγρό και υποστηρίζει την αναπαραγώγιμη ανάπτυξη συνθέσεων.

Ποια νανοσωματίδια μπορούν να διασπαρούν σε καύσιμα με τη χρήση υπερήχων;

Τα υλικά που έχουν διερευνηθεί σε συνθέσεις καυσίμων περιλαμβάνουν το οξείδιο του δημητρίου (CeO₂), το οξείδιο του αργιλίου (Al₂O₃), το διοξείδιο του τιτανίου (TiO₂), το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) και τους νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs). Το κατάλληλο πρόσθετο εξαρτάται από το βασικό καύσιμο και τον επιδιωκόμενο στόχο απόδοσης. Κάθε συνδυασμός απαιτεί δοκιμές για τον καθορισμό κατάλληλων συγκεντρώσεων, συνθηκών επεξεργασίας και σταθερότητας.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας διασποράς νανοκαυσίμου και ενός νανογαλακτώματος καυσίμου;

Μια διασπορά νανοσωματιδίων περιέχει στερεά σωματίδια κατανεμημένα μέσα σε ένα υγρό καύσιμο. Ένα νανογαλάκτωμα καυσίμου περιέχει πολύ μικρά σταγονίδια ενός υγρού διασπαρμένα σε ένα άλλο, όπως σταγονίδια νερού σε ντίζελ. Οι υπέρηχοι μπορούν να υποστηρίξουν και τις δύο διεργασίες. Οι συνθέσεις που περιέχουν νανοσωματίδια και διασπαρμένα σταγονίδια υγρού απαιτούν αξιολόγηση τόσο της σταθερότητας των σωματιδίων όσο και της σταθερότητας του γαλακτώματος.

Αποτρέπει η διασπορά με υπερήχους την καθίζηση των νανοσωματιδίων;

Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να μειώσει τη συσσωμάτωση και να βελτιώσει την αρχική κατανομή των σωματιδίων, αλλά η μακροχρόνια σταθερότητα εξαρτάται επίσης από τη σύνθεση. Οι ιδιότητες των σωματιδίων, η συγκέντρωση των προσθέτων, η σύσταση του καυσίμου και τα συμβατά μέσα διασποράς επηρεάζουν το αν τα σωματίδια παραμένουν σε αιώρηση. Οι δοκιμές αποθήκευσης θα πρέπει να προσδιορίζουν για πόσο χρόνο το τελικό νανοκαύσιμο διατηρεί αποδεκτή κατανομή υπό τις προβλεπόμενες συνθήκες.

Ποιες παράμετροι της κατεργασίας με υπερήχους είναι οι σημαντικότερες;

Οι βασικές παράμετροι περιλαμβάνουν το πλάτος ταλάντωσης, την εισροή ενέργειας, τη διάρκεια της κατεργασίας και τη θερμοκρασία. Για την κατεργασία συνεχούς ροής, σημασία έχουν επίσης η παροχή και η πίεση του αντιδραστήρα. Αυτές οι ρυθμίσεις θα πρέπει να αξιολογούνται σε συνδυασμό με τη σύνθεση. Η τεκμηρίωση των συνθηκών που παράγουν την επιθυμητή διασπορά συμβάλλει στην καθιέρωση επαναλήψιμης κατεργασίας και υποστηρίζει τη μετέπειτα αύξηση της κλίμακας παραγωγής.

Μπορεί η παραγωγή νανοκαυσίμων με υπερήχους να μεταφερθεί από την εργαστηριακή κλίμακα στη συνεχή κατεργασία;

Ναι. Οι εργαστηριακές δοκιμές μπορούν να καθορίσουν τη σύνθεση και τις συνθήκες κατεργασίας πριν από την αξιολόγηση σε κυψελίδα ροής υπερήχων. Κατά τη συνεχή λειτουργία, το καύσιμο διέρχεται από μια ελεγχόμενη ζώνη κατεργασίας. Η αύξηση της κλίμακας παραγωγής θα πρέπει να επιβεβαιώνει ότι το μεγαλύτερο σύστημα επιτυγχάνει την απαιτούμενη ποιότητα διασποράς και σταθερότητα στην προβλεπόμενη δυναμικότητα επεξεργασίας.

Πώς επιλέγω έναν διασπορέα υπερήχων Hielscher για νανοκαύσιμα;

Ξεκινήστε με το βασικό καύσιμο, τον τύπο και τη συγκέντρωση των νανοσωματιδίων, τον απαιτούμενο όγκο παρτίδας ή την απαιτούμενη παροχή και την επιθυμητή ποιότητα διασποράς. Συμπεριλάβετε τη θερμοκρασία λειτουργίας και την προβλεπόμενη περίοδο αποθήκευσης. Αυτά τα στοιχεία μάς βοηθούν να προτείνουμε την ιδανική διαμόρφωση συσκευής υπερήχων, ηχοτροδίου και κυψελίδας ροής για δοκιμές εφαρμογής και σχεδιασμό της παραγωγής.