Doskonałe nanopaliwa dzięki dyspersji ultradźwiękowej
- Dyspersja ultradźwiękowa jest wykorzystywana do produkcji nanopaliw lub diesoholu, mieszanki paliwowej etanolu i oleju napędowego, która jest ulepszana przez dodanie CNT lub nanocząstek.
- Ultradźwięki mocy wytwarzają bardzo drobne, nano-emulsje i dyspersje paliwowe.
- Ultradźwiękowo zdyspergowane nanocząstki w paliwach poprawiają wydajność paliwa i charakterystykę emisji.
- Ultradźwiękowe dyspergatory liniowe są dostępne na skalę przemysłową do produkcji nanopaliw.
Nano-paliwa
Nanopaliwa składają się z mieszaniny paliwa bazowego (np. oleju napędowego, biodiesla, mieszanek paliwowych) i nanocząstek. Nanocząstki te działają jak hybrydowe nanokatalizatory, które oferują dużą powierzchnię reaktywną. Ultradźwiękowa dyspersja nanododatku powoduje znaczną poprawę wydajności paliwa, taką jak zmniejszone opóźnienie zapłonu, dłuższe podtrzymywanie płomienia i zapłon aglomeratu, a także znaczne ogólne zmniejszenie emisji.
Nanowymiarowe mieszanki paliwowo-cząsteczkowe przewyższają czyste paliwo ciekłe pod względem wydajności paliwa dzięki wyższej gęstości energii, szybszemu i łatwiejszemu zapłonowi, wzmocnionemu efektowi katalitycznemu, zmniejszonej emisji, szybszemu parowaniu i szybkości spalania oraz lepszej wydajności spalania.
Ultradźwiękowa dyspersja nanocząstek w paliwie
Aby uniknąć osadzania się nanocząstek w zbiorniku paliwa, cząstki muszą być zdyspergowane w wyrafinowany sposób. Procesory ultradźwiękowe są potężnymi i niezawodnymi dyspergatorami, które są dobrze znane ze swojej zdolności do mieszania, deaglomeracji, a nawet mielenia nanocząstek, dzięki czemu uzyskuje się stabilną dyspersję o pożądanej wielkości cząstek.
Dyspergatory ultradźwiękowe firmy Hielscher to sprawdzone narzędzia do rozpraszania nanorurek i cząstek w paliwach.
Poniższa lista zawiera przegląd już przetestowanych nanomateriałów rozproszonych w paliwach:
- CNT – nanorurki węglowe
- Ag – Srebro
- Al – aluminium
- Al2O3 – tlenek aluminium
- AlCuOx – tlenki glinu i miedzi
- b – bor
- Ca – wapń
- CaCO3 – węglan wapnia
- fe – żelazo
- Cu – Miedź
- CuO – tlenek miedzi
- Ce – cer
- CeO2 – tlenek ceru
- (CeO2)-(ZrO2) – tlenek ceru i cyrkonu
- CO – kobalt
- Mg – magnez
- Mn – mangan
- TiO2 – dwutlenek tytanu
- ZnO – tlenek cynku
7kW ultradźwiękowy system przepływu
Nanoskalowany, ultradźwiękowo monodyspersyjny tlenek ceru oferuje wysoką aktywność katalityczną dzięki wysokiemu stosunkowi powierzchni do objętości, co prowadzi do poprawy wydajności paliwowej i zmniejszenia emisji.
Nanoemulsje ultradźwiękowe
Technologia emulgowania ultradźwiękowego jest wykorzystywana do produkcji stabilnych mieszanek etanolu z dekanem, etanolu z olejem napędowym lub oleju napędowego z biodieslem, etanolu i bioetanolu. Takie mieszanki są idealnym paliwem bazowym, które można w drugim etapie ulepszyć poprzez rozproszenie nanocząstek w paliwie.
Nanoemulsyfikacja ultradźwiękowa jest również z powodzeniem stosowana do produkcji paliw wodnych.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowo przygotowanych aqua-paliwach!
Ultradźwiękowa produkcja paliw emulsyjnych
przemysłowe systemy ultradźwiękowe
Wytwarzanie stabilnych emulsji i dyspersji wymaga ultradźwięków mocy i wysokich amplitud. Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy, co jest ważne przy produkcji emulsji i dyspersji o rozmiarach nano. Dlatego nasze ultradźwięki przemysłowe można łatwo uruchomić w amplitudy do 200 µm w trybie pracy 24/7 w ciężkich warunkach. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są dostosowane sonotrody ultradźwiękowe.
Hielscher oferuje ekonomiczne, bardzo wytrzymałe procesory ultradźwiękowe o niewielkich rozmiarach do instalacji w zakładach o ograniczonej przestrzeni i wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000 |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
InsertMPC48 – Rozwiązanie firmy Hielscher dla doskonałych nanoemulsji
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Nano-paliwa
Nano-paliwa odnoszą się do mieszaniny paliwa i nanocząstek. Poprzez rozproszenie cząstek nanoenergetycznych w paliwie, właściwości fizyko-chemiczne paliwa są zmieniane przez ich funkcjonalność, strukturę dyspersyjną oraz złożoną interakcję wymiany ciepła, przepływu płynu i interakcji cząstek. Ze względu na niejednorodny skład, charakterystyka nanopaliwa zależy od rodzaju paliwa bazowego, a także składu, rozmiaru, kształtu, stężenia oraz właściwości fizycznych i chemicznych nanocząstek. Właściwości nanopaliwa mogą znacząco różnić się od właściwości paliwa bazowego.
olej napędowy
Olej napędowy to paliwo płynne, które jest spalane w silnikach wysokoprężnych. W silnikach wysokoprężnych paliwo jest zapalane bez iskry, ale poprzez sprężanie mieszanki powietrza wlotowego, a następnie wtryskiwanie oleju napędowego.
Konwencjonalny olej napędowy jest specyficznym destylatem frakcyjnym ropy naftowej. W szerszym znaczeniu termin olej napędowy odnosi się do paliw niepochodzących z ropy naftowej, np. biodiesla, oleju napędowego typu biomasa-ciecz (BTL), gazu-ciecz (GTL) lub węgla-ciecz (CTL). BTL, GTL i CTL to tak zwane syntetyczne oleje napędowe, które mogą pochodzić z dowolnego materiału węglowego (np. biomasy, biogazu, gazu ziemnego, węgla itp.). Po zgazowaniu surowca do gazu syntezowego, a następnie oczyszczeniu, jest on przekształcany w syntetyczny olej napędowy w reakcji Fischera-Tropscha. Olej napędowy o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD) to standard dla oleju napędowego o znacznie obniżonej zawartości siarki.
Biodiesel
Biodiesel jest paliwem odnawialnym produkowanym z olejów roślinnych, tłuszczów zwierzęcych lub smarów pochodzących z recyklingu. Biodiesel może być wykorzystywany w pojazdach z silnikiem diesla i generatorach. Jego właściwości fizyczne są podobne do oleju napędowego z ropy naftowej, choć spala się on w czystszy sposób. Biodiesel zmniejsza emisję niespalonych węglowodorów (UHC), dwutlenku węgla (CO2), tlenku węgla (CO), tlenków siarki i cząstek sadzy – w porównaniu do emisji wytwarzanych podczas spalania konwencjonalnego oleju napędowego. Emisja tlenków azotu (NOx) może być wyższa w przypadku biodiesla (w porównaniu do oleju napędowego). Można ją jednak zmniejszyć poprzez optymalizację czasu wtrysku paliwa.
Produkcja biodiesla jest znacznie ulepszona dzięki transestryfikacji ultradźwiękowej. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej produkcji biodiesla!
etanol
Paliwo etanolowe to alkohol etylowy (C2H5OH) stosowany jako paliwo. Paliwa etanolowe są najczęściej stosowane jako paliwa silnikowe – głównie jako dodatek biopaliwowy do benzyny. Obecnie samochody mogą być napędzane w 100% etanolem lub tzw. paliwami elastycznymi, które są mieszanką etanolu i benzyny. Etanol jest powszechnie wytwarzany w procesie fermentacji biomasy, np. kukurydzy lub trzciny cukrowej. Ponieważ paliwo etanolowe pochodzi z odnawialnej, zrównoważonej biomasy, często nazywane jest bioetanolem. Ultradźwięki mocy mogą znacznie poprawić produkcję bioetanolu. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej produkcji bioetanolu!
Etanol jest utleniaczem w oleju napędowym typu E. Główną wadą E-diesla jest niemieszalność etanolu w oleju napędowym w szerokim zakresie temperatur. Jednak biodiesel może być z powodzeniem stosowany jako amfifilowy środek powierzchniowo czynny do stabilizacji etanolu i oleju napędowego. Paliwo etanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) może być mieszane ultradźwiękowo do mikro- lub nano-emulsji, dzięki czemu EB-diesel jest stabilny – nawet w temperaturach poniżej zera i oferuje lepsze właściwości paliwowe niż zwykły olej napędowy.