Nano-carburants supérieurs par dispersion ultrasonique
- La dispersion ultrasonique est utilisée pour produire des nanocarburants ou du diesohol, un mélange d'éthanol et de diesel, qui est amélioré par l'ajout de NTC ou de nanoparticules.
- Les ultrasons de puissance produisent des émulsions et des dispersions superfines de nanocarburants.
- Les nanoparticules dispersées par ultrasons dans les carburants améliorent les performances des carburants et les caractéristiques des émissions.
- Les disperseurs ultrasoniques en ligne sont disponibles à l'échelle industrielle pour la production de nanocarburants.
Nano-carburants
Les nanocarburants consistent en un mélange d'un carburant de base (par exemple, le diesel, le biodiesel, les mélanges de carburants) et de nanoparticules. Ces nanoparticules agissent comme des nanocatalyseurs hybrides, qui offrent une grande surface réactive. La dispersion ultrasonique du nano-additif permet d'améliorer considérablement les performances du carburant, notamment en réduisant le délai d'allumage, en prolongeant la durée de la flamme et l'allumage des agglomérats, ainsi qu'en réduisant de manière significative les émissions globales.
Les mélanges de particules de carburant de taille nanométrique surpassent les carburants liquides purs en termes de performances, grâce à une densité énergétique plus élevée, un allumage plus rapide et plus facile, un effet catalytique renforcé, des émissions réduites, une évaporation et un taux de combustion plus rapides et une efficacité de combustion améliorée.
Dispersion ultrasonique de nanoparticules dans le carburant
Pour éviter la sédimentation des nanoparticules dans le réservoir de carburant, les particules doivent être dispersées de manière sophistiquée. Les processeurs à ultrasons sont des disperseurs puissants et fiables, réputés pour leur capacité à mélanger, désagglomérer et même broyer les nanoparticules afin d'obtenir une dispersion stable avec la taille de particule souhaitée.
Les disperseurs ultrasoniques de Hielscher sont des outils éprouvés pour disperser les nanotubes et les particules dans les carburants.
La liste ci-dessous donne un aperçu des nanomatériaux déjà testés et dispersés dans les carburants :
- NTC – Nanotubes de carbone
- Ag – argent
- Al – Aluminium
- Al2O3 – oxyde d'aluminium
- AlCuOx – oxydes d'aluminium et de cuivre
- b – bore
- Ca – le calcium
- CaCO3 – carbonate de calcium
- Fe – fer
- Cu – cuivre
- CuO – oxyde de cuivre
- Ce – cérium
- CeO2 – oxyde de cérium
- (CeO2)-(ZrO2) – oxyde de cérium et de zirconium
- LE CO – Cobalt
- Mg – magnésium
- Mn – Manganèse
- TiO2 – dioxyde de titane
- ZnO – oxyde de zinc
Système d'écoulement à ultrasons de 7 kW
L'oxyde de cérium nanométrique et mono-dispersé par ultrasons offre une activité catalytique élevée grâce à son rapport surface/volume élevé, ce qui permet d'améliorer le rendement énergétique et de réduire les émissions.
Nanoémulsions ultrasoniques
La technologie d'émulsification par ultrasons est utilisée pour produire des mélanges stables d'éthanol dans le décane, d'éthanol dans le diesel ou de diesel-biodiesel-éthanol/bioéthanol. Ces mélanges constituent un carburant de base idéal, qui peut être amélioré dans un deuxième temps par la dispersion de nanoparticules dans le carburant.
La nano-émulsification par ultrasons est également utilisée avec succès pour produire des aqua-carburants.
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Production par ultrasons de carburants en émulsion
systèmes industriels à ultrasons
La production d'émulsions et de dispersions stables nécessite des ultrasons puissants et des amplitudes élevées. Hielscher Ultrasons’ Les processeurs industriels à ultrasons peuvent fournir des amplitudes très élevées, ce qui est important pour produire des émulsions et des dispersions de taille nanométrique. C'est pourquoi nos appareils industriels à ultrasons peuvent facilement fonctionner à des amplitudes allant jusqu'à 200µm en fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles.
Hielscher propose des processeurs à ultrasons rentables, très robustes et de faible encombrement pour l'installation dans des usines à l'espace limité et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000 |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Nano-carburants
Les nanocarburants désignent un mélange de carburant et de nanoparticules. En dispersant des particules nano-énergétiques dans le carburant, les propriétés physico-chimiques du carburant sont modifiées par leur fonctionnalité, leur structure dispersive et l'interaction complexe du transfert de chaleur, de l'écoulement des fluides et des interactions entre les particules. En raison de leur composition hétérogène, les caractéristiques des nanocombustibles sont déterminées par le type de combustible de base ainsi que par la composition, la taille, la forme, la concentration et les propriétés physiques et chimiques des nanoparticules. Les caractéristiques du nanocarburant peuvent différer sensiblement de celles du carburant de base.
diesel
Le diesel est un carburant liquide qui est brûlé dans les moteurs diesel. Dans les moteurs diesel, le carburant est allumé sans étincelle, mais en comprimant le mélange d'air à l'entrée, puis en injectant le carburant diesel.
Le carburant diesel conventionnel est un distillat fractionné spécifique du mazout. Dans un sens plus large, le terme diesel fait référence aux carburants non dérivés du pétrole, par exemple le biodiesel, la transformation de la biomasse en liquide (BTL), la transformation du gaz en liquide (GTL) ou la transformation du charbon en liquide (CTL). Le BTL, le GTL et le CTL sont des carburants diesel synthétiques qui peuvent être dérivés de n'importe quelle matière carbonée (biomasse, biogaz, gaz naturel, charbon, etc.). Après gazéification de la matière première en gaz de synthèse suivi d'une purification, celui-ci est converti en diesel synthétique par la réaction de Fischer-Tropsch. Le diesel à très faible teneur en soufre (ULSD) est une norme pour le carburant diesel dont la teneur en soufre est considérablement réduite.
Biodiesel
Le biodiesel est un carburant renouvelable produit à partir d'huiles végétales, de graisses animales ou de graisses recyclées. Le biodiesel peut être utilisé dans les véhicules diesel et les générateurs. Ses propriétés physiques sont similaires à celles du diesel de pétrole, bien qu'il brûle plus proprement. Le biodiesel réduit les émissions d'hydrocarbures imbrûlés (UHC), de dioxyde de carbone (CO2), de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes de soufre et de particules de suie. – par rapport aux émissions produites par la combustion du diesel conventionnel. Les émissions d'oxydes d'azote (NOx) peuvent être plus élevées pour le biodiesel (par rapport au diesel). Toutefois, elles peuvent être réduites en optimisant le moment de l'injection du carburant.
La transestérification par ultrasons améliore considérablement la production de biodiesel. Cliquez ici pour en savoir plus sur la production de biodiesel par ultrasons !
éthanol
Le carburant éthanol est de l'alcool éthylique (C2H5OH) utilisé comme carburant. Les carburants à l'éthanol sont principalement utilisés comme carburants pour les moteurs. – principalement comme additif de biocarburant dans l'essence. Aujourd'hui, les automobiles peuvent fonctionner avec de l'éthanol à 100 % ou avec des carburants dits flexibles, qui sont un mélange d'éthanol et d'essence. L'éthanol est généralement produit par un processus de fermentation de la biomasse, par exemple le maïs ou la canne à sucre. L'éthanol étant dérivé d'une biomasse renouvelable et durable, il est souvent appelé bioéthanol. Les ultrasons de puissance peuvent améliorer considérablement la production de bioéthanol. Cliquez ici pour en savoir plus sur la production de bioéthanol par ultrasons !
L'éthanol est le composé oxygéné de l'E-diesel. L'inconvénient majeur de l'E-diesel est l'immiscibilité de l'éthanol dans le diesel sur une large plage de températures. Cependant, le biodiesel peut être utilisé avec succès comme agent de surface amphiphile pour stabiliser l'éthanol et le diesel. Le carburant éthanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) peut être mélangé par ultrasons à une micro- ou nano-émulsion de manière à ce que l'EB-diesel soit stable – même à des températures inférieures à zéro et offre des propriétés de carburant supérieures à celles du carburant diesel ordinaire.