Nano-carburanti superiori per dispersione a ultrasuoni
- La dispersione a ultrasuoni viene utilizzata per produrre nano-carburanti o diesohol, una miscela di etanolo e diesel migliorata dall'aggiunta di CNT o nanoparticelle.
- Gli ultrasuoni di potenza producono emulsioni e dispersioni finissime di nano-carburante.
- Le nanoparticelle disperse a ultrasuoni nei carburanti migliorano le prestazioni e le caratteristiche di emissione.
- I dispersori in linea a ultrasuoni sono disponibili su scala industriale per la produzione di nano-carburanti.
Nano-carburanti
I nanocarburanti consistono in una miscela di un carburante di base (ad esempio, diesel, biodiesel, miscele di carburanti) e nanoparticelle. Queste nanoparticelle agiscono come nanocatalizzatori ibridi, che offrono un'ampia superficie reattiva. La dispersione a ultrasuoni del nano-additivo determina un sostanziale miglioramento delle prestazioni del carburante, come la riduzione del ritardo di accensione, la maggiore durata della fiamma e l'accensione di agglomerati, nonché una significativa riduzione complessiva delle emissioni.
Le miscele di particelle di combustibile di dimensioni nanometriche superano il combustibile liquido puro per quanto riguarda le prestazioni del combustibile, grazie a una maggiore densità energetica, a un'accensione più rapida e facile, a un maggiore effetto catalitico, a una riduzione delle emissioni, a un'evaporazione e a un tasso di combustione più rapidi e a una migliore efficienza di combustione.
Dispersione a ultrasuoni di nanoparticelle nel carburante
Per evitare la sedimentazione delle nanoparticelle nel serbatoio del carburante, le particelle devono essere disperse in modo sofisticato. I processori a ultrasuoni sono disperdenti potenti e affidabili, noti per la loro capacità di miscelare, deagglomerare e persino macinare le nanoparticelle in modo da ottenere una dispersione stabile con le dimensioni desiderate.
I dispersori a ultrasuoni di Hielscher sono strumenti collaudati per disperdere nanotubi e particelle nei carburanti.
L'elenco che segue offre una panoramica dei nano-materiali già testati e dispersi nei carburanti:
- CNT – Nanotubi di carbonio
- Ag – Argento
- Al – Alluminio
- Al2O3 – ossido di alluminio
- AlCuOx – ossidi di alluminio e rame
- b – boro
- Ca – calcio
- CaCO3 – carbonato di calcio
- fe – ferro
- Cu – Rame
- CuO – ossido di rame
- Ce – cerio
- CeO2 – ossido di cerio
- (CeO2)-(ZrO2) – ossido di cerio e zirconio
- CO – Cobalto
- Mg – magnesio
- Mn – Manganese
- TiO2 – biossido di titanio
- ZnO – ossido di zinco
Sistema di flusso a ultrasuoni da 7kW
L'ossido di cerio monodisperso a ultrasuoni e nanoscalato offre un'elevata attività catalitica grazie al suo alto rapporto superficie/volume, che consente di migliorare l'efficienza del carburante e ridurre le emissioni.
Nanoemulsioni a ultrasuoni
La tecnologia di emulsificazione a ultrasuoni viene utilizzata per produrre miscele stabili di etanolo in decano, etanolo in diesel o diesel-biodiesel-etanolo/bioetanolo. Queste miscele sono un carburante di base ideale, che può essere migliorato in una seconda fase disperdendo nano-particelle nel carburante.
La nano-emulsificazione a ultrasuoni viene utilizzata con successo anche per produrre acquacarburanti.
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Produzione a ultrasuoni di carburanti in emulsione
sistemi industriali a ultrasuoni
La generazione di emulsioni e dispersioni stabili richiede ultrasuoni di potenza e ampiezze elevate. Hielscher Ultrasuoni’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate, importanti per produrre emulsioni e dispersioni di dimensioni nanometriche. Pertanto, i nostri ultrasuonatori industriali possono essere facilmente utilizzati a ampiezza fino a 200µm in funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati.
Hielscher offre processori a ultrasuoni economici, altamente robusti e con un ingombro ridotto per l'installazione in impianti con spazio limitato e ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
InsertMPC48 – La soluzione di Hielscher per nano-emulsioni di qualità superiore
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
Nano-carburanti
I nano-carburanti si riferiscono a una miscela di carburante e nano-particelle. Disperdendo le particelle nanoenergetiche nel carburante, le proprietà fisico-chimiche del carburante vengono modificate dalla loro funzionalità, dalla loro struttura dispersiva e dalla complessa interazione tra trasferimento di calore, flusso di fluidi e interazioni tra le particelle. A causa della composizione eterogenea, le caratteristiche dei nanofuel sono determinate dal tipo di combustibile di base e dalla composizione, dimensione, forma, concentrazione e proprietà fisiche e chimiche delle nanoparticelle. Le caratteristiche del nanofuel possono differire in modo significativo da quelle del carburante di base.
diesel
Il diesel è un combustibile liquido che viene bruciato nei motori diesel. Nei motori diesel, l'accensione del carburante avviene senza scintilla, ma comprimendo la miscela di aria in ingresso e iniettando poi il gasolio.
Il gasolio convenzionale è un distillato frazionato specifico dell'olio combustibile di petrolio. In senso più ampio, il termine diesel si riferisce ai carburanti non derivati dal petrolio, come il biodiesel, il diesel da biomassa a liquido (BTL), da gas a liquido (GTL) o da carbone a liquido (CTL). BTL, GTL e CTL sono i cosiddetti combustibili diesel sintetici, che possono essere derivati da qualsiasi materiale carbonioso (ad esempio biomassa, biogas, gas naturale, carbone, ecc.). Dopo la gassificazione della materia prima in gas di sintesi e la successiva purificazione, la materia prima viene convertita in gasolio sintetico attraverso la reazione di Fischer-Tropsch. Il diesel a bassissimo tenore di zolfo (ULSD) è uno standard per il carburante diesel che contiene un contenuto di zolfo significativamente ridotto.
biodiesel
Il biodiesel è un carburante rinnovabile prodotto da oli vegetali, grassi animali o grassi riciclati. Il biodiesel può essere utilizzato per il funzionamento di veicoli e generatori diesel. Le sue proprietà fisiche sono simili a quelle del gasolio da petrolio, anche se brucia in modo più pulito. Il biodiesel riduce le emissioni di idrocarburi incombusti (UHC), anidride carbonica (CO2), monossido di carbonio (CO), ossidi di zolfo e particelle di fuliggine. – rispetto alle emissioni prodotte dalla combustione di gasolio convenzionale. Le emissioni di ossidi di azoto (NOx) possono essere più elevate per il biodiesel (rispetto al diesel). Tuttavia, è possibile ridurle ottimizzando i tempi di iniezione del carburante.
La produzione di biodiesel è notevolmente migliorata dalla transesterificazione a ultrasuoni. Cliccate qui per saperne di più sulla produzione di biodiesel a ultrasuoni!
etanolo
Il carburante etanolo è l'alcol etilico (C2H5OH) utilizzato come carburante. I carburanti a base di etanolo sono utilizzati soprattutto come carburanti per motori. – principalmente come additivo per biocarburanti nella benzina. Oggi le automobili possono essere alimentate al 100% con etanolo o con i cosiddetti carburanti flessibili, che sono una miscela di etanolo e benzina. L'etanolo è comunemente prodotto da un processo di fermentazione della biomassa, ad esempio il mais o la canna da zucchero. Poiché l'etanolo deriva da biomasse rinnovabili e sostenibili, viene spesso chiamato bioetanolo. Gli ultrasuoni di potenza possono migliorare notevolmente la produzione di bioetanolo. Cliccate qui per saperne di più sulla produzione di bioetanolo con gli ultrasuoni!
L'etanolo è l'ossigenato dell'E-diesel. Il principale inconveniente dell'E-diesel è l'immiscibilità dell'etanolo nel diesel in un ampio intervallo di temperature. Tuttavia, il biodiesel può essere utilizzato con successo come tensioattivo anfifilo per stabilizzare etanolo e diesel. Il carburante etanolo-biodiesel-diesel (EB-diesel) può essere miscelato ad ultrasuoni in una micro- o nano-emulsione in modo che l'EB-diesel sia stabile. – anche a temperature inferiori allo zero e offre proprietà di carburante superiori a quelle del gasolio normale.