Vrhunska nano-goriva ultrazvučnom disperzijom
Razvoj nanogoriva počinje učinkovitom disperzijom. Nanočestice dodane dizelu, biodizelu ili miješanim gorivima mogu utjecati na izgaranje, ali njihova izvedba ovisi o tome koliko su dobro raspoređene u tekućini. Aglomeracija i sedimentacija otežavaju održavanje dosljedne koncentracije aditiva i dobivanje ponovljivih rezultata. Ultrazvučna disperzija rješava ovaj izazov razbijanjem nakupina čestica i distribucijom nano-aditiva po gorivu.
Nano-goriva
Nanogoriva se sastoje od mješavine osnovnog goriva (npr. dizel, biodizel, mješavine goriva) i nanočestica. Te nanočestice djeluju kao hibridni nanokatalizatori, koji nude veliku reaktivnu površinu. Ultrazvučna disperzija nano-aditiva rezultira u značajnom poboljšanju performansi goriva kao što je smanjeno kašnjenje paljenja, duže održavanje plamena i paljenje aglomerata kao i značajna ukupna smanjenja emisije.
Mješavine goriva i čestica nano veličine ističu se od čistog tekućeg goriva u pogledu performansi goriva većom gustoćom energije, bržim i lakšim paljenjem, poboljšanim katalitičkim učinkom, smanjenom emisijom, bržim isparavanjem i brzinom izgaranja te poboljšanom učinkovitošću izgaranja.
Upotrijebite sonikaciju za nano-raspršivanje čestica u gorivima!
Kontaktirajte naš tim kako biste istražili ultrazvučnu disperziju za vašu kombinaciju goriva i čestica.
7kW ultrazvučni sustav protoka
Nanogoriva: Ultrazvučna disperzija čestica u gorivu
Kako bi se izbjeglo taloženje čestica u spremniku goriva, čestice moraju biti sofisticirano dispergirane. Ultrazvučna disperzija pomaže u uključivanju čestica poput cerij-oksida, aluminij-oksida i ugljičnih nanocijevi u dizel, biodizel i mješavine goriva.
Kroz akustičnu kavitaciju – stvaranje i kolaps mikroskopskih mjehurića – sonikacija generira intenzivne lokalne smične sile koje razbijaju aglomerate čestica i raspoređuju dodatke po tekućini. Time se izlaže veća površina čestica okolnom gorivu, podržavajući procjenu katalitičkih i sagorijevanju povezanih prednosti.
Ultrazvuk prenosi svoje dispergirajuće djelovanje izravno u tekućinu bez dodatka mlinskih kuglica, čime se eliminira potreba za naknadnim odvajanje mlinskih medija. Hielscher sonikatori podržavaju i pripremu serija i kontinuiranu inline obradu, čineći tehniku korisnom od laboratorijskog istraživanja do industrijske proizvodnje.
Donji popis daje vam pregled već testiranih nanomaterijala raspršenih u gorivima:
- CNTs – Ugljikove nanocijevi
- Ag – Srebro
- Al – aluminij
- Al2O3 – aluminijev oksid
- AlCuOx – aluminij bakreni oksidi
- b – bor
- ca – kalcij
- CaCO3 – kalcijev karbonat
- fe – željezo
- Cu – Bakar
- CuO – bakreni oksid
- Ce – cerij
- Direktor tvrtke2 – cerijev oksid
- (Direktor tvrtke2)·(ZrO2) – cerij cirkonij oksid
- CO – kobalt
- Mg – magnezij
- Mn – mangan
- TiO2 – titanijev dioksid
- ZnO – cinkov oksid
Nanorazmjeran, ultrazvučno monodisperziran cerijev oksid nudi visoku katalitičku aktivnost zbog svog visokog omjera površine i volumena što dovodi do poboljšane učinkovitosti goriva i smanjenih emisija.
Aqua-Goriva: Emulzijska goriva veličine nano čestica pomoću sonikacije
Aqua-goriva su emulzije voda-u-gorivu u kojima su sitne kapljice vode raspoređene kroz kontinuiranu fazu goriva, poput dizela. Hielscher sonikatori stvaraju intenzivnu akustičnu kavitaciju koja razbija veće kapljice u manje, omogućujući razvoj emulzija s nanoskalnim kapljicama pod odgovarajućim uvjetima formulacije i obrade. Podesiva ultrazvučna amplituda, kontrolirani unos energije i upravljanje temperaturom pomažu optimizirati veličinu kapljica i reproducibilnost, dok kompatibilni emulgatori podržavaju stabilnost tijekom skladištenja i rukovanja.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučno pripremljenim aqua-gorivima!
Ultrazvučno miješanje goriva
Ultrazvučna tehnologija emulgiranja koristi se za proizvodnju stabilnih mješavina etanola u dekanu, etanola u dizelu ili dizel-biodizel-etanol/bioetanol. Takve mješavine su idealno osnovno gorivo, koje se u drugom koraku može poboljšati dispergiranjem nano-čestica u gorivu.
Ultrazvučna proizvodnja emulzijskih goriva
Industrijski sonikatori za dispergiranje i emulgiranje nano-goriva
Hielscher sonikatori kombiniraju učinkovitu deaglomeraciju nanočestica s preciznom kontrolom procesa za razvoj i proizvodnju nanogoriva. Intenzivna ultrazvučna kavitacija pomaže razbiti nakupine čestica i distribuirati aditive kao što su metalni oksidi i ugljikove nanocijevi kroz dizel, biodizel i miješana goriva. Podesiva amplituda i praćenje unosa energije i temperature podržavaju ponovljivu obradu i optimizaciju formulacije. Uz laboratorijske instrumente i industrijske sustave konfigurirane za šaržni ili kontinuirani protočni rad, Hielscher pruža praktičan put od početnih ispitivanja do većih količina proizvodnje. Automatsko snimanje procesnih podataka na digitalnim industrijskim modelima pomaže timovima dokumentirati uspješne uvjete i održavati dosljednu obradu kako se propusnost povećava.
Povećanje proizvodnje i pouzdana proizvodnja
Kada formulacija zadovolji svoje ciljeve kvalitete, sonikacija protoka pruža put do većih proizvodnih volumena. Gorivo prolazi kroz ultrazvučno tretiranu zonu pri kontroliranim radnim uvjetima, pri čemu se odabire obrada jednom prolaskom ili recirkulacijom ovisno o zahtijevanom rezultatu. Za odabir opreme potrebno je dostaviti osnovno gorivo, vrstu i koncentraciju dodataka, ciljanu kvalitetu disperzije, potrebni protok i radnu temperaturu. Ovi podaci omogućuju Hielscheru da preporuči procesor, sonotrodu i konfiguraciju protoke-stanične stanice za probne procese i naknadno povećanje proizvodnje.
Hielscher nudi isplative, vrlo robusne ultrazvučne procesore s malom površinom za ugradnju u pogone s ograničenim prostorom i zahtjevnim okruženjima.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni sonikator |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000hdT |
| na | veći | klaster od UIP16000hdT |
Višefazni kavitator – Umetak protočne ćelije za superiorne nano-emulzije
Često postavljana pitanja o proizvodnji ultrazvučnog nano-goriva
Što su nano-goriva
Nano-goriva se odnose na mješavinu goriva i nano-čestica. Raspršivanjem nanoenergetskih čestica u gorivu mijenjaju se fizikalno-kemijska svojstva goriva njihovom funkcionalnošću, disperznom strukturom i složenim međudjelovanjem prijenosa topline, protoka fluida i međudjelovanja čestica. Zbog heterogenog sastava karakteristike nanogoriva određene su vrstom osnovnog goriva kao i sastavom, veličinom, oblikom, koncentracijom te fizikalnim i kemijskim svojstvima nanočestica. Karakteristike nanogoriva mogu se značajno razlikovati od karakteristika osnovnog goriva.
Kako se dizel koristi kao gorivo?
Dizel je tekuće gorivo koje se sagorijeva u dizelskim motorima. U dizelskim motorima gorivo se pali bez iskre, već kompresijom ulazne smjese zraka i zatim ubrizgavanjem dizelskog goriva.
Konvencionalno dizelsko gorivo je specifični frakcijski destilat naftnog loživog ulja. U širem smislu, pojam dizel odnosi se i na goriva koja nisu izvedena iz nafte, npr. biodizel, biomasa u tekućinu (BTL), plin-tekućina (GTL) ili dizel iz ugljena u tekućinu (CTL). BTL, GTL i CTL su takozvana sintetička dizelska goriva koja se mogu dobiti iz bilo kojeg ugljičnog materijala (npr. biomasa, bioplin, prirodni plin, ugljen itd.). Nakon plinifikacije sirovine u sintetski plin, a zatim pročišćavanja, pretvara se Fischer–Tropsch reakcijom u sintetički dizel. Dizel s ultra-niskim udjelom sumpora (ULSD) standard je za dizelsko gorivo koje sadrži znatno smanjen sadržaj sumpora.
Što je biodizel?
Biodizel je obnovljivo gorivo koje se proizvodi od biljnih ulja, životinjskih masti ili recikliranih masti. Biodizel se može koristiti za pogon dizelskih vozila i generatora. Njegova fizikalna svojstva slična su onima naftnog dizela, iako gori čišće. Biodizel smanjuje emisije neizgorenih ugljikovodika (UHC), ugljičnog dioksida (CO2), ugljičnog monoksida (CO), sumpornih oksida i čestica čađe – u usporedbi s emisijama proizvedenim izgaranjem konvencionalnog dizela. Emisija dušikovih oksida (NOx) može biti veća za biodizel (u usporedbi s dizelom). Međutim, to se može smanjiti optimiziranjem vremena ubrizgavanja goriva.
Proizvodnja biodizela je znatno poboljšana ultrazvučnom transesterifikacijom. Kliknite ovdje da biste saznali više o ultrazvučnoj proizvodnji biodizela!
Može li se etanol koristiti kao gorivo?
Da, etanol – etilni alkohol (C₂H5OH) – može se koristiti kao gorivo. Goriva na bazi etanola najčešće se koriste kao motorna goriva – uglavnom kao dodatak biogorivu u benzinu. Danas se automobili mogu voziti koristeći 100% etanol ili tzv. flex-fuel gorivo, koje je mješavina etanola i benzina. Obično se proizvodi procesom fermentacije biomase, npr. kukuruza ili šećerne trske. Budući da je etanol kao gorivo dobiven iz obnovljive, održive biomase, često se naziva bioetanolom. Ultrazvuk može značajno poboljšati proizvodnju bioetanola. Kliknite ovdje da biste saznali više o ultrazvučnoj proizvodnji bioetanola!
Etanol je oksigenat u E-dizelu. Glavni nedostatak E-dizela je nepomješljivost etanola u dizelu u širokom rasponu temperatura. Međutim, biodizel se može uspješno koristiti kao amfifilni surfaktant za stabilizaciju etanola i dizela. Etanol-biodizel-dizel (EB-dizel) gorivo može se ultrazvučno pomiješati u mikro- ili nano-emulziju tako da je EB-dizel stabilan – čak i na temperaturama ispod nule i nudi superiorna svojstva goriva u odnosu na obično dizelsko gorivo.
Kako ultrazvučna disperzija djeluje u proizvodnji nanogoriva?
Ultrazvučna disperzija koristi akustičnu kavitaciju za razbijanje aglomerata čestica u gorivu. Mikroskopske mjehuriće nastaju i kolabiraju, stvarajući lokalne smične sile i mlazove tekućine koji odvajaju grupirane čestice. Ovaj proces pomaže u ravnomjernoj raspodjeli nano-dodataka kroz tekućinu i podržava ponovljivo razvijanje formulacija.
Koje se nanočestice mogu disperzirati u gorivima pomoću ultrazvuka?
Materijali koji se istražuju u formulacijama goriva uključuju cerijev oksid (CeO₂), aluminijev oksid (Al₂O₃), titanijev dioksid (TiO₂), cinkov oksid (ZnO) i ugljikove nanocijevi (CNT). Odgovarajući aditiv ovisi o osnovnom gorivu i planiranom ciljnom učinku. Svaka kombinacija zahtijeva testiranje kako bi se utvrdile odgovarajuće koncentracije, uvjeti obrade i stabilnost.
Koja je razlika između disperzije nanogoriva i nanoemulzije goriva?
Dispersion nanopčestica sadrži čvrste čestice raspoređene unutar tekućeg goriva. Gorivna nanoemulzija sadrži vrlo male kapljice jedne tekućine raspoređene u drugoj, poput kapljica vode u dizelu. Ultrazvuk može podržati oba procesa. Formulacije koje sadrže nanopčestice i dispergirane tekuće kapljice zahtijevaju procjenu stabilnosti čestica i stabilnosti emulzije.
Sprječava li ultrazvučna disperzija taloženje nanopčestica?
Ultrazvučni tretman može smanjiti aglomeraciju i poboljšati početnu raspodjelu čestica, ali trajna stabilnost također ovisi o formulaciji. Svojstva čestica, koncentracija aditiva, sastav goriva i kompatibilni disperzanti utječu na to hoće li čestice ostati suspendirane. Testovi skladištenja trebali bi utvrditi koliko dugo završeno nanogorivo održava prihvatljivu raspodjelu pod predviđenim uvjetima.
Koji su parametri ultrazvučne obrade najvažniji?
Ključni parametri uključuju amplitudu, unos energije, trajanje tretmana i temperaturu. Za obradu s protokom, važni su i protok i tlak reaktora. Ove postavke treba procijeniti zajedno s formulacijom. Dokumentiranje uvjeta koji proizvode željenu disperziju pomaže u uspostavljanju ponovljive obrade i podržava naknadno povećanje skale.
Može li se ultrazvučna proizvodnja nanogoriva skalirati iz laboratorija u kontinuiranu obradu?
Da. Laboratorijski pokusi mogu uspostaviti formulaciju i uvjete obrade prije evaluacije u ultrazvučnoj ćeliji za protok. U kontinuiranom radu, gorivo prolazi kroz kontrolirano područje tretmana. Povećanje skale treba potvrditi da veći sustav postiže potrebnu kvalitetu i stabilnost disperzije pri namijenjenom protoku.
Kako odabrati Hielscher ultrazvučni disperzer za nanogoriva?
Započnite s osnovnim gorivom, vrstom i koncentracijom čestica, potrebnom količinom serije ili protokom, te ciljanom kvalitetom disperzije. Uključite radnu temperaturu i predviđeni period skladištenja. Ovi podaci nam pomažu da preporučimo idealni sonikator, sonotrodu i konfiguraciju protočne ćelije za probne aplikacije i planiranje proizvodnje.
Literatura / Reference
- 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.