超音波分散による優れたナノ燃料
- 超音波分散は、CNTやナノ粒子の添加によって改良されたナノ燃料や、エタノールとディーゼルの混合燃料であるダイソールの製造に使用される。
- パワー超音波は超微細なナノ燃料エマルションとディスパージョンを製造する。
- 燃料中に超音波で分散させたナノ粒子は、燃料性能と排出ガス特性を改善する。
- 超音波インライン分散機は、ナノ燃料の製造に工業規模で利用できる。
ナノ燃料
ナノ燃料は、ベース燃料（ディーゼル、バイオディーゼル、混合燃料など）とナノ粒子の混合物からなる。これらのナノ粒子はハイブリッドナノ触媒として機能し、大きな反応性表面積を提供する。ナノ添加剤の超音波分散により、着火遅延の低減、火炎持続時間の延長、凝集着火などの燃料性能が大幅に改善され、排出ガスも大幅に低減される。
ナノサイズの燃料と粒子のブレンドは、より高いエネルギー密度、より速く容易な点火、触媒効果の向上、排出ガスの低減、より速い蒸発と燃焼速度、燃焼効率の向上など、燃料性能に関して純粋な液体燃料よりも優れている。
燃料中のナノ粒子の超音波分散
燃料タンク内でのナノ粒子の沈降を避けるためには、粒子を高度に分散させる必要があります。超音波プロセッサーは強力で信頼性の高い分散機であり、ナノ粒子を混合、脱凝集、さらには粉砕する能力でよく知られているため、所望の粒子径の安定した分散液が得られる。
Hielscher社の超音波分散機は、ナノチューブや粒子を燃料に分散させる実績のあるツールです。
以下のリストでは、燃料に分散させたナノ材料について、すでに試験済みの概要を紹介している：
- CNT類 – カーボンナノチューブ
- アグ – シルバー
- アル – アルミニウム
- アル2O3 – 酸化アルミニウム
- AlCuOx – アルミニウム銅酸化物
- B – ボロン
- Ca – カルシウム
- CaCO3 – 炭カル
- フェ – アイアン
- 銅 – 銅
- CuO – 酸化銅
- セ – セリウム
- セリウム2 – 酸化セリウム
- (セリウム2) -(ZrO2) – 酸化セリウム・ジルコニウム
- Co – コバルト
- Mg – マグネシウム
- ムン – マンガン
- 酸化チタン2 – 二酸化チタン
- 酸化亜鉛 – 亜鉛華
7kW超音波フローシステム
ナノスケールで超音波的に単分散された酸化セリウムは、その高い表面体積比により高い触媒活性を発揮し、燃費の向上と排出ガスの削減につながる。
超音波ナノエマルジョン
超音波乳化技術は、安定したエタノール・イン・デカン、エタノール・イン・ディーゼル、またはディーゼル・バイオディーゼル・エタノール・バイオエタノールブレンドを製造するために使用される。このようなブレンドは理想的なベース燃料であり、第二段階でナノ粒子を燃料に分散させることによって改良することができる。
超音波ナノ乳化はアクア燃料の製造にも成功している。
超音波で調製されたアクア燃料についての詳細はこちらをご覧ください！
エマルジョン燃料の超音波製造
産業用超音波システム
安定したエマルションや分散液の生成には、パワー超音波と高振幅が必要です。Hielscher Ultrasonics’ 工業用超音波処理装置は、ナノサイズのエマルションやディスパージョンを製造するのに重要な、非常に高い振幅を供給することができます。そのため、当社の工業用超音波処理装置は、以下のような条件下でも容易に稼働させることができます。 最大200µmの振幅 は、過酷な条件下で24時間365日稼働しています。さらに高い振幅を必要とする場合は、カスタマイズされた超音波ソノトロードをご利用いただけます。
Hielscher社は、限られたスペースと厳しい環境のプラントへの設置のために、小さな設置面積で費用対効果の高い、非常に堅牢な超音波プロセッサを提供しています。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000 |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
インサートMPC48 – 優れたナノエマルションのためのHielscherのソリューション
文献・参考文献
- 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.
知っておくべき事実
ナノ燃料
ナノ燃料とは、燃料とナノ粒子の混合物を指す。ナノエネルギー粒子を燃料に分散させることにより、その機能性、分散構造、熱伝導、流体の流れ、粒子の相互作用の複雑な相互作用によって、燃料の物理化学的特性が変化する。組成が不均一であるため、ナノ燃料の特性は、ベース燃料の種類だけでなく、ナノ粒子の組成、サイズ、形状、濃度、物理的・化学的特性によっても決定される。ナノ燃料の特性は、ベース燃料の特性と大きく異なる場合がある。
ディーゼル
ディーゼルはディーゼルエンジンで燃焼される液体燃料である。ディーゼルエンジンでは、燃料は火花なしで点火されるが、混合気を圧縮してからディーゼル燃料を噴射する。
従来のディーゼル燃料は、石油燃料油の特定留分である。より広い意味では、ディーゼルという用語は、石油に由来しない燃料、例えばバイオディーゼル、バイオマスから液体へ（BTL）、ガスから液体へ（GTL）、石炭から液体へ（CTL）ディーゼルを指す。BTL、GTL、CTLは、いわゆる合成ディーゼル燃料であり、あらゆる炭素質材料（バイオマス、バイオガス、天然ガス、石炭など）から得られる。原料をガス化して合成ガスにした後、精製し、フィッシャー・トロプシュ反応によって合成ディーゼルに変換する。超低硫黄ディーゼル（ULSD）は、硫黄分を大幅に低減したディーゼル燃料の規格である。
バイオディーゼル
バイオディーゼルは再生可能な燃料で、植物油、動物油脂、再生油脂から製造される。バイオディーゼルはディーゼル車や発電機に使用できる。物性は石油ディーゼルに似ているが、燃焼はよりクリーンである。バイオディーゼルは、未燃炭化水素（UHC）、二酸化炭素（CO2）、一酸化炭素（CO）、硫黄酸化物、すす粒子の排出を削減する。 – 従来のディーゼルを燃焼させた場合の排出量と比較した場合。窒素酸化物（NOx）の排出量は、バイオディーゼルの方が（ディーゼルに比べて）多くなる可能性がある。しかし、これは燃料噴射のタイミングを最適化することで低減できる。
バイオディーゼル製造は超音波トランスエステル化によって大幅に改善されます。超音波バイオディーゼル製造について詳しくはこちらをクリックしてください！
エタノール
エタノール燃料はエチルアルコール（C2H5OH）を燃料として使用する。エタノール燃料は主に自動車燃料として使用される。 – 主にガソリンへのバイオ燃料添加剤として使用される。今日、自動車は100％エタノール燃料、あるいはエタノールとガソリンを混合したフレックス燃料と呼ばれる燃料で走ることができる。エタノールは通常、トウモロコシやサトウキビなどのバイオマスの発酵プロセスによって製造される。エタノール燃料は再生可能で持続可能なバイオマスに由来するため、しばしばバイオエタノールと呼ばれる。パワー超音波は、バイオエタノールの生産を大幅に改善することができます。超音波バイオエタノール製造の詳細については、こちらをクリックしてください！
エタノールはEディーゼル中の酸素酸塩である。Eディーゼルの主な欠点は、広い温度範囲にわたってディーゼル中にエタノールが混和しないことである。しかし、エタノールとディーゼルを安定化させる両親媒性界面活性剤として、バイオディーゼルをうまく利用することができる。エタノール-バイオディーゼル-ディーゼル（EB-ディーゼル）燃料は、マイクロまたはナノエマルジョンに超音波混合することができ、EB-ディーゼルは安定である。 – 氷点下でも、通常のディーゼル燃料より優れた燃料特性を発揮する。