Superieure nano-brandstoffen door ultrasone dispersie

Veelgestelde vragen over de productie van nanobrandstof met behulp van ultrasone golven

Wat zijn nanobrandstoffen?

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.

Hoe wordt diesel als brandstof gebruikt?

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 fractioneel destillaat van aardoliebrandstof. In bredere zin verwijst de term diesel ook naar brandstoffen die niet uit 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 verkregen uit elk koolstofhoudend materiaal (bijvoorbeeld 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 norm voor dieselbrandstof met een aanzienlijk verlaagd zwavelgehalte.

Wat is 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 aanzienlijk verbeterd door middel van ultrasone transesterificatie. Klik hier voor meer informatie over de productie van biodiesel met behulp van ultrasone golven!

Kan ethanol als brandstof worden gebruikt?

Ja, ethanol – ethylalcohol (C₂H₅O, mijn god! – kan als brandstof worden gebruikt. Ethanolbrandstoffen worden voornamelijk als motorbrandstof gebruikt – voornamelijk als biobrandstofadditief in benzine. Tegenwoordig kunnen auto’s rijden op 100% ethanol of op zogenaamde flexbrandstoffen, een mengsel van ethanol en benzine. Ethanol wordt doorgaans geproduceerd via een fermentatieproces van biomassa, zoals maïs of suikerriet. Aangezien ethanolbrandstof wordt gewonnen uit hernieuwbare, duurzame biomassa, wordt het vaak bio-ethanol genoemd. Krachtige ultrasone trillingen kunnen de productie van bio-ethanol aanzienlijk verbeteren. Klik hier voor meer informatie over de productie van bio-ethanol met behulp van ultrasone technologie!
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.

Hoe werkt ultrasone dispersie bij de productie van nanobrandstof?

Bij ultrasone dispersie wordt gebruikgemaakt van akoestische cavitatie om agglomeraten van deeltjes in de brandstof te breken. Er ontstaan microscopisch kleine belletjes die vervolgens instorten, waardoor lokale schuifkrachten en vloeistofstralen ontstaan die de samengeklonterde deeltjes van elkaar scheiden. Dit proces draagt bij aan de verspreiding van nano-additieven door de vloeistof heen en ondersteunt de ontwikkeling van reproduceerbare formuleringen.

Welke nanodeeltjes kunnen met behulp van ultrageluid in brandstoffen worden gedispergeerd?

Tot de materialen die in brandstofformuleringen zijn onderzocht, behoren ceriumoxide (CeO₂), aluminiumoxide (Al₂O₃), titaandioxide (TiO₂), zinkoxide (ZnO) en koolstofnanobuisjes (CNT’s). Welk additief geschikt is, hangt af van de basisbrandstof en de beoogde prestatiedoelstelling. Elke combinatie moet worden getest om de geschikte concentraties, verwerkingsomstandigheden en stabiliteit vast te stellen.

Wat is het verschil tussen een nanobrandstofdispersie en een brandstofnano-emulsie?

Een dispersie van nanodeeltjes bestaat uit vaste deeltjes die in een vloeibare brandstof zijn verdeeld. Een brandstofnano-emulsie bestaat uit zeer kleine druppeltjes van de ene vloeistof die in een andere vloeistof zijn gedispergeerd, zoals waterdruppeltjes in diesel. Ultrasoon kan beide processen ondersteunen. Bij formuleringen die nanodeeltjes en gedispergeerde vloeistofdruppeltjes bevatten, moet zowel de deeltjesstabiliteit als de emulsiestabiliteit worden beoordeeld.

Voorkomt ultrasone dispersie dat nanodeeltjes bezinken?

Behandeling met ultrasone golven kan agglomeratie verminderen en de aanvankelijke verdeling van de deeltjes verbeteren, maar de blijvende stabiliteit hangt ook af van de samenstelling. De eigenschappen van de deeltjes, de concentratie van additieven, de samenstelling van de brandstof en geschikte dispergeermiddelen zijn bepalend voor het al dan niet in suspensie blijven van de deeltjes. Uit opslagtests moet blijken hoe lang de voltooide nanobrandstof onder de beoogde omstandigheden een aanvaardbare verdeling behoudt.

Welke parameters voor ultrasone bewerking zijn het belangrijkst?

Belangrijke parameters zijn onder meer de amplitude, de toegevoerde energie, de behandelingsduur en de temperatuur. Bij doorstroomverwerking spelen ook het debiet en de reactordruk een rol. Deze instellingen moeten in combinatie met de samenstelling worden geëvalueerd. Het vastleggen van de omstandigheden die tot de gewenste dispersie leiden, draagt bij aan het realiseren van een herhaalbaar proces en ondersteunt de latere opschaling.

Kan de productie van nanobrandstof met behulp van ultrasone technieken worden opgeschaald van het laboratorium naar een continu productieproces?

Ja. Met laboratoriumproeven kunnen de samenstelling en de verwerkingsomstandigheden worden vastgesteld voordat de evaluatie in een ultrasone doorstroomcel plaatsvindt. Bij continu bedrijf stroomt de brandstof door een gecontroleerde behandelingszone. Bij de opschaling moet worden gecontroleerd of het grotere systeem de vereiste dispersiekwaliteit en stabiliteit bereikt bij de beoogde doorvoercapaciteit.

Hoe kies ik een Hielscher-ultrasone dispersor voor nanobrandstoffen?

Begin met de basisbrandstof, het type en de concentratie van de nanodeeltjes, het vereiste batchvolume of debiet, en de beoogde dispersiekwaliteit. Vermeld ook de bedrijfstemperatuur en de beoogde opslagduur. Aan de hand van deze gegevens kunnen wij u de ideale configuratie van sonicator, sonotrode en doorstroomcel aanbevelen voor proeftoepassingen en productieplanning.