Superieure nano-brandstoffen door ultrasone dispersie
- Ultrasone dispersie wordt gebruikt om nanovloeistoffen of diesohol te produceren, een brandstofmengsel van ethanol en diesel dat wordt verbeterd door de toevoeging van CNT's of nanodeeltjes.
- Power ultrasonics produceert superfijne, nano-brandstofemulsies en -dispersies.
- Ultrasoon gedispergeerde nanodeeltjes in brandstoffen verbeteren de brandstofprestaties en emissiekenmerken.
- Ultrasone inline-dispergeerders zijn beschikbaar op industriële schaal voor de productie van nano-brandstoffen.
Nano-brandstoffen
Nanovloeistoffen bestaan uit een mengsel van een basisbrandstof (bv. diesel, biodiesel, brandstofmengsels) en nanodeeltjes. Deze nanodeeltjes fungeren als hybride nanokatalysatoren, die een groot reactief oppervlak hebben. De ultrasone dispersie van het nanoadditief resulteert in aanzienlijk betere brandstofprestaties, zoals een kortere ontstekingsvertraging, een langere vlamduur en een agglomeraatontsteking, en een aanzienlijke algehele vermindering van de emissie.
Brandstof-deeltjesmengsels van nanogrootte overtreffen zuivere vloeibare brandstof wat betreft brandstofprestaties door hogere energiedichtheid, snellere en eenvoudigere ontsteking, verbeterd katalytisch effect, verminderde emissie, snellere verdamping en verbrandingssnelheid en verbeterde verbrandingsefficiëntie.
Ultrasone dispersie van nanodeeltjes in brandstof
Om bezinking van nanodeeltjes in de brandstoftank te voorkomen, moeten de deeltjes op een geraffineerde manier worden gedispergeerd. Ultrasone processors zijn krachtige en betrouwbare dispergeerders, die bekend staan om hun vermogen om nanodeeltjes te mengen, te deagglomereren en zelfs te malen, zodat een stabiele dispersie met de gewenste deeltjesgrootte wordt verkregen.
Hielscher’s ultrasonic dispersers are proven tools to disperse nanotubes and particles into fuels.
De onderstaande lijst geeft een overzicht van reeds geteste nanomaterialen die in brandstoffen zijn gedispergeerd:
- CNT's – Koolstofnanobuizen
- Ag – Zilver
- Al – aluminium
- Al2O3 – aluminiumoxide
- AlCuOx – aluminium koperoxiden
- b – boor
- Ca – calcium
- CaCO3 – calciumcarbonaat
- fe – ijzer
- Cu – Koper
- CuO – koperoxide
- Ce – cerium
- CeO2 – ceriumoxide
- (CeO2)-(ZrO2) – ceriumzirkoniumoxide
- CO – kobalt
- Mg – magnesium
- Mn – mangaan
- TiO2 – titaniumdioxide
- ZnO – zinkoxide
7kW ultrasoon flowsysteem
Op nanoschaal gedispergeerd, ultrasoon mono gedispergeerd ceriumoxide biedt een hoge katalytische activiteit dankzij de hoge oppervlakte-volumeverhouding, wat leidt tot een betere brandstofefficiëntie en lagere emissies.
Ultrasone nano-emulsies
Ultrasone emulgeringstechnologie wordt gebruikt om stabiele ethanol-in-decaan, ethanol-in-diesel of diesel-biodiesel-ethanol/bio-ethanol mengsels te produceren. Dergelijke mengsels vormen een ideale basisbrandstof, die in een tweede stap kan worden verbeterd door nanopartikels in de brandstof te dispergeren.
Ultrasone nano-emulsificatie wordt ook met succes gebruikt om aqua-brandstoffen te produceren.
Klik hier voor meer informatie over ultrasoon bereide aqua-fuels!
Ultrasone productie van emulsiebrandstoffen
industriële ultrasone systemen
Het genereren van stabiele emulsies en dispersies vereist krachtig ultrageluid en hoge amplitudes. Hielscher Ultrasone technologie’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren, wat belangrijk is om emulsies en dispersies van nanoformaat te produceren. Daarom kunnen onze industriële ultrasone processoren gemakkelijk worden gebruikt bij amplitudes tot 200µm 24/7 in bedrijf onder zware omstandigheden. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes verkrijgbaar.
Hielscher biedt kosteneffectieve, zeer robuuste ultrasone processors met een kleine voetafdruk voor installatie in fabrieken met beperkte ruimte en veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
InvoegenMPC48 – Hielscher’s solution for superior nano-emulsions
Literatuur? Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Nano-brandstoffen
Nanobrandstoffen verwijzen naar een mengsel van brandstof en nanodeeltjes. Door nano-energetische deeltjes in de brandstof te dispergeren, worden de fysisch-chemische eigenschappen van de brandstof veranderd door hun functionaliteit, hun dispersiestructuur en het complexe samenspel van warmteoverdracht, vloeistofstroming en deeltjesinteracties. Door de heterogene samenstelling worden de eigenschappen van nanobrandstoffen bepaald door het type basisbrandstof en de samenstelling, grootte, vorm, concentratie en fysische en chemische eigenschappen van de nanodeeltjes. De eigenschappen van de nanobrandstof kunnen aanzienlijk verschillen van de eigenschappen van de basisbrandstof.
diesel
Diesel is vloeibare brandstof die wordt verbrand in dieselmotoren. In dieselmotoren wordt de brandstof ontstoken zonder vonk, maar door het inlaatluchtmengsel samen te persen en vervolgens de dieselbrandstof in te spuiten.
Conventionele dieselbrandstof is een specifiek gefractioneerd destillaat van stookolie uit aardolie. In ruimere zin verwijst de term diesel naar brandstoffen die niet van aardolie zijn afgeleid, zoals biodiesel, biomass-to-liquid (BTL), gas-to-liquid (GTL) of coal-to-liquid (CTL) diesel. BTL, GTL en CTL zijn zogenaamde synthetische dieselbrandstoffen die kunnen worden afgeleid van elk koolstofhoudend materiaal (bv. biomassa, biogas, aardgas, steenkool, enz.). Na vergassing van de grondstof tot synthesegas, gevolgd door zuivering, wordt het via de Fischer-Tropsch-reactie omgezet in synthetische diesel. Ultra-low-sulfur diesel (ULSD) is een standaard voor dieselbrandstof met een aanzienlijk verlaagd zwavelgehalte.
Biodiesel
Biodiesel is een hernieuwbare brandstof die wordt gemaakt van plantaardige oliën, dierlijke vetten of gerecyclede vetten. Biodiesel kan worden gebruikt in dieselvoertuigen en -generatoren. De fysieke eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van diesel uit aardolie, maar het verbrandt schoner. Biodiesel vermindert de uitstoot van onverbrande koolwaterstoffen (UHC), kooldioxide (CO2), koolmonoxide (CO), zwaveloxiden en roetdeeltjes. – in vergelijking met emissies die vrijkomen bij het verbranden van conventionele diesel. De uitstoot van stikstofoxiden (NOx) kan hoger zijn voor biodiesel (in vergelijking met diesel). Dit kan echter worden verminderd door de timing van de brandstofinspuiting te optimaliseren.
De productie van biodiesel wordt sterk verbeterd door ultrasone omestering. Klik hier voor meer informatie over ultrasone biodieselproductie!
ethanol
Ethanolbrandstof is ethylalcohol (C2H5OH) gebruikt als brandstof. Ethanolbrandstoffen worden meestal gebruikt als motorbrandstof. – voornamelijk als biobrandstofadditief in benzine. Tegenwoordig kunnen auto's rijden op 100% ethanol of op zogenaamde flex-fuels, een mengsel van ethanol en benzine. Het wordt meestal geproduceerd door een fermentatieproces van biomassa, zoals maïs of suikerriet. Omdat ethanolbrandstof is afgeleid van hernieuwbare, duurzame biomassa, wordt het vaak bio-ethanol genoemd. Krachtig ultrageluid kan de productie van bio-ethanol aanzienlijk verbeteren. Klik hier voor meer informatie over ultrasone bio-ethanolproductie!
Ethanol is het oxygenaat in E-diesel. Het grootste nadeel van E-diesel is de onmengbaarheid van ethanol in diesel over een breed temperatuurbereik. Biodiesel kan echter met succes worden gebruikt als een amfifiele oppervlakteactieve stof om ethanol en diesel te stabiliseren. Ethanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) kan ultrasonisch gemengd worden tot een micro- of nano-emulsie zodat de EB-diesel stabiel is. – zelfs bij temperaturen onder het vriespunt en heeft superieure brandstofeigenschappen dan gewone diesel.