ננו-דלקים מעולים על ידי פיזור קולי

שאלות נפוצות בנושא ייצור ננו-דלק באמצעות אולטרסאונד

מהם דלקים ננו-מולקולריים?

ננו-דלקים מתייחסים לתערובת של דלק וננו-חלקיקים. על ידי פיזור חלקיקים ננו-אנרגטיים לתוך הדלק, התכונות הפיזיקליות-כימיות של הדלק משתנות על ידי תפקודם, מבנה הפיזור שלהם, ויחסי הגומלין המורכבים של העברת חום, זרימת נוזלים ואינטראקציות חלקיקים. בשל ההרכב ההטרוגני, מאפייני הננו-דלק נקבעים על ידי סוג דלק הבסיס וכן על ידי הרכב, גודל, צורה, ריכוז ותכונות פיזיקליות וכימיות של ננו-חלקיקים. מאפייני הננו-דלק יכולים להיות שונים באופן משמעותי ממאפייני דלק הבסיס.

כיצד משמש הדיזל כדלק?

סולר הוא דלק נוזלי שנשרף במנועי דיזל. במנועי דיזל, הדלק מוצת ללא כל ניצוץ, אלא על ידי דחיסת תערובת האוויר הנכנס ולאחר מכן הזרקת הסולר.
דלק דיזל קונבנציונלי הוא תוצר זיקוק ספציפי של נפט. במובן הרחב יותר, המונח "דיזל" מתייחס גם לדלקים שאינם נגזרים מנפט, כגון ביודיזל, דיזל המופק מביומסה (BTL), דיזל המופק מגז (GTL) או דיזל המופק מפחם (CTL). BTL, GTL ו-CTL הם מה שמכונה "דלקים דיזל סינתטיים", שניתן להפיק מכל חומר פחמני (למשל, ביומסה, ביוגז, גז טבעי, פחם וכו'). לאחר גיזוז חומר הגלם לגז סינתטי ולאחר מכן טיהורו, הוא מומר באמצעות תגובת פישר-טרופש לדיזל סינתטי. דיזל בעל תכולת גופרית נמוכה במיוחד (ULSD) הוא תקן לדלק דיזל המכיל תכולת גופרית מופחתת משמעותית.

מהו ביודיזל?

ביודיזל הוא דלק מתחדש המופק משמנים צמחיים, שומנים מן החי או שומנים ממוחזרים. ביודיזל יכול לשמש להפעלה ברכבי דיזל וגנרטורים. תכונותיו הפיזיות דומות לאלה של סולר נפט, אם כי הוא נשרף נקי יותר. ביודיזל מפחית את הפליטות של פחמימנים לא שרופים (UHC), פחמן דו חמצני (CO2), פחמן חד חמצני (CO), תחמוצות גופרית וחלקיקי פיח – בהשוואה לפליטות הנוצרות על ידי שריפת דיזל קונבנציונאלי. פליטת תחמוצות חנקן (NOx) יכולה להיות גבוהה יותר עבור ביודיזל (בהשוואה לדיזל). עם זאת, ניתן להפחית זאת על ידי אופטימיזציה של תזמון הזרקת הדלק.
תהליך האסטריפיקציה האולטראסונית משפר באופן משמעותי את ייצור הביודיזל. לחצו כאן כדי ללמוד עוד על ייצור ביודיזל באמצעות אולטרסאונד!

האם ניתן להשתמש באתנול כדלק?

כן, אתנול – אלכוהול אתילי (C₂H₅אוי, אלוהים! – ניתן להשתמש בו כדלק. דלקים על בסיס אתנול משמשים בעיקר כדלק למנועים – בעיקר כתוסף לדלק ביולוגי בבנזין. כיום, ניתן להניע מכוניות באמצעות דלק המורכב מ-100% אתנול או באמצעות מה שמכונה "דלק גמיש" (flex-fuel), שהוא תערובת של אתנול ובנזין. הוא מיוצר בדרך כלל בתהליך תסיסה של ביומסה, כגון תירס או קנה סוכר. מכיוון שדלק אתנול מופק מביומסה מתחדשת ובת-קיימא, הוא מכונה לעתים קרובות "ביו-אתנול". אולטרסאונד בעוצמה גבוהה יכול לשפר באופן משמעותי את ייצור הביו-אתנול. לחצו כאן כדי ללמוד עוד על ייצור ביו-אתנול באמצעות אולטרסאונד!
אתנול הוא החמצן ב-E-דיזל. החיסרון העיקרי של E-דיזל הוא חוסר הבהירות של אתנול בדיזל בטווח רחב של טמפרטורות. עם זאת, ביודיזל יכול לשמש בהצלחה כחומר פעילי שטח אמפיפיל לייצוב אתנול ודיזל. ניתן לערבב דלק אתנול-ביודיזל-דיזל (EB-דיזל) באופן אולטרה-סאונד למיקרו-תחליב או ננו-תחליב כך שה-EB-דיזל יהיה יציב – אפילו בטמפרטורות מתחת לאפס ומציע תכונות דלק מעולות על סולר רגיל.

כיצד פועלת פיזור אולטראסוני בייצור ננו-דלק?

פיזור אולטראסוני משתמש בקוויטציה אקוסטית כדי לפרק אגרגטים של חלקיקים בדלק. בועות מיקרוסקופיות נוצרות ומתמוטטות, ויוצרות כוחות גזירה מקומיים וזרמי נוזל המפרידים בין החלקיקים המקובצים. תהליך זה מסייע בפיזור תוספים ננומטריים בכל הנוזל ותומך בפיתוח פורמולות הניתנות לשחזור.

אילו ננו-חלקיקים ניתן לפזר בדלקים באמצעות אולטרסאונד?

החומרים שנבדקו בתרכובות הדלק כוללים תחמוצת סריום (CeO₂), תחמוצת אלומיניום (Al₂O₃), תחמוצת טיטניום (TiO₂), תחמוצת אבץ (ZnO) וננו-צינורות פחמן (CNTs). התוסף המתאים תלוי בדלק הבסיסי וביעד הביצועים המיועד. כל שילוב דורש בדיקות כדי לקבוע את הריכוזים, תנאי העיבוד והיציבות המתאימים.

מה ההבדל בין פיזור ננו-דלק לננו-אמולסיה של דלק?

תמיסת חלקיקים ננומטריים מכילה חלקיקים מוצקים המפוזרים בתוך דלק נוזלי. ננו-אמולסיה של דלק מכילה טיפות זעירות מאוד של נוזל אחד המפוזרות בתוך נוזל אחר, כגון טיפות מים בדיזל. אולטרסאונד יכול לתמוך בשני התהליכים. פורמולות המכילות חלקיקים ננומטריים וטיפות נוזל מפוזרות מחייבות הערכה הן של יציבות החלקיקים והן של יציבות האמולסיה.

האם פיזור אולטראסוני מונע משקיעת ננו-חלקיקים?

טיפול באולטרסאונד יכול להפחית את התלכדות החלקיקים ולשפר את התפלגותם הראשונית, אך היציבות לאורך זמן תלויה גם בהרכב התכשיר. תכונות החלקיקים, ריכוז התוספים, הרכב הדלק וחומרי פיזור תואמים משפיעים על היכולת של החלקיקים להישאר במצב של תלייה. בדיקות אחסון צריכות לקבוע למשך כמה זמן הדלק הננו-ממדי המוגמר שומר על התפלגות מקובלת בתנאים המיועדים לו.

אילו פרמטרים של עיבוד אולטראסוני הם החשובים ביותר?

הפרמטרים העיקריים כוללים משרעת, צריכת אנרגיה, משך הטיפול וטמפרטורה. בעיבוד בזרימה רציפה, גם קצב הזרימה ולחץ הכור הם גורמים חשובים. יש לבחון הגדרות אלו יחד עם הרכב התכשיר. תיעוד התנאים המביאים לפיזור הרצוי מסייע בקביעת תהליך עיבוד שניתן לחזור עליו, ותומך בהגדלת היקף הייצור בהמשך.

האם ניתן להרחיב את ייצור הננו-דלק באמצעות גלי קול מהמעבדה לתהליך רציף?

כן. ניסויים במעבדה יכולים לקבוע את הרכב התרכובת ותנאי העיבוד לפני ההערכה בתא זרימה קולי. בפעולה רציפה, הדלק עובר דרך אזור טיפול מבוקר. בהגדלת קנה המידה יש לוודא שהמערכת הגדולה יותר משיגה את איכות הפיזור והיציבות הנדרשות בתפוקה המתוכננת.

כיצד לבחור מפזר קולי של חברת Hielscher לייצור ננו-דלקים?

יש להתחיל עם הדלק הבסיסי, סוג חלקיקי הננו והריכוז שלהם, נפח האצווה הנדרש או קצב הזרימה, ואיכות הפיזור הרצויה. יש לציין את טמפרטורת ההפעלה ואת תקופת האחסון המתוכננת. פרטים אלה מסייעים לנו להמליץ על הסוניקטור, הסונוטרוד ותצורת תא הזרימה האידיאליים לניסויי יישום ולתכנון הייצור.