Nano-combustíveis superiores por dispersão ultra-sónica

Perguntas frequentes sobre a produção de nanocombustível por ultrassons

O que são os nanocombustíveis?

Os nanocombustíveis referem-se a uma mistura de combustível e nanopartículas. Ao dispersar partículas nano-energéticas no combustível, as propriedades físico-químicas do combustível são alteradas pela sua funcionalidade, pela sua estrutura dispersiva e pela complexa interação da transferência de calor, do fluxo de fluidos e das interações entre partículas. Devido à sua composição heterogénea, as caraterísticas dos nanocombustíveis são determinadas pelo tipo de combustível de base, bem como pela composição, dimensão, forma, concentração e propriedades físicas e químicas das nanopartículas. As caraterísticas do nano-combustível podem diferir significativamente das caraterísticas do combustível de base.

Como é que o gasóleo é utilizado como combustível?

O gasóleo é um combustível líquido que é queimado nos motores a gasóleo. Nos motores a gasóleo, a ignição do combustível é feita sem qualquer faísca, mas através da compressão da mistura de ar de entrada e, em seguida, da injeção do gasóleo.
O gasóleo convencional é um destilado fraccionado específico do óleo combustível de petróleo. Num sentido mais lato, o termo «diesel» refere-se também a combustíveis não derivados do petróleo, por exemplo, biodiesel, diesel de biomassa-para-líquido (BTL), gás-para-líquido (GTL) ou carvão-para-líquido (CTL). O BTL, o GTL e o CTL são os chamados combustíveis diesel sintéticos, que podem ser obtidos a partir de qualquer material carbonoso (por exemplo, biomassa, biogás, gás natural, carvão, etc.). Após a gaseificação da matéria-prima em gás de síntese, seguida de purificação, esta é convertida, através da reação de Fischer-Tropsch, em diesel sintético. O diesel com teor ultrabaixo de enxofre (ULSD) é uma norma para o combustível diesel que contém um teor de enxofre significativamente reduzido.

O que é o biodiesel?

O biodiesel é um combustível renovável que é produzido a partir de óleos vegetais, gorduras animais ou gorduras recicladas. O biodiesel pode ser utilizado em veículos e geradores a gasóleo. As suas propriedades físicas são semelhantes às do gasóleo de petróleo, embora a sua combustão seja mais limpa. O biodiesel reduz as emissões de hidrocarbonetos não queimados (UHC), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de enxofre e partículas de fuligem – quando comparadas com as emissões produzidas pela queima de gasóleo convencional. A emissão de óxidos de azoto (NOx) pode ser mais elevada para o biodiesel (em comparação com o gasóleo). No entanto, isto pode ser reduzido optimizando o tempo de injeção do combustível.
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O etanol pode ser utilizado como combustível?

Sim, etanol – álcool etílico (C₂H₅Oh, meu Deus! – podem ser utilizados como combustível. Os combustíveis à base de etanol são utilizados principalmente como combustíveis para motores – principalmente como aditivo de biocombustível na gasolina. Atualmente, os automóveis podem funcionar com combustível 100 % à base de etanol ou com os chamados «flex-fuels», que são uma mistura de etanol e gasolina. É normalmente produzido através de um processo de fermentação da biomassa, por exemplo, milho ou cana-de-açúcar. Uma vez que o etanol é derivado de biomassa renovável e sustentável, é frequentemente designado por bioetanol. O ultrassom de alta potência pode melhorar substancialmente a produção de bioetanol. Clique aqui para saber mais sobre a produção de bioetanol por ultrassons!
O etanol é o oxigenado do E-diesel. O principal inconveniente do E-diesel é a imiscibilidade do etanol no gasóleo numa vasta gama de temperaturas. No entanto, o biodiesel pode ser utilizado com êxito como um tensioativo anfifílico para estabilizar o etanol e o gasóleo. O combustível etanol-biodiesel-diesel (EB-diesel) pode ser misturado por ultra-sons a uma micro ou nano-emulsão, de modo a que o EB-diesel seja estável – mesmo a temperaturas abaixo de zero e oferece propriedades de combustível superiores às do gasóleo normal.

Como funciona a dispersão ultrassónica na produção de nanocombustíveis?

A dispersão ultrassónica utiliza a cavitação acústica para quebrar os aglomerados de partículas no combustível. Formam-se bolhas microscópicas que se colapsam, gerando forças de cisalhamento locais e jatos de líquido que separam as partículas aglomeradas. Este processo ajuda a distribuir os nano-aditivos por todo o líquido e contribui para o desenvolvimento de formulações reprodutíveis.

Que nanopartículas podem ser dispersas em combustíveis através de ultrassons?

Os materiais estudados nas formulações de combustível incluem óxido de cério (CeO₂), óxido de alumínio (Al₂O₃), dióxido de titânio (TiO₂), óxido de zinco (ZnO) e nanotubos de carbono (CNTs). O aditivo adequado depende do combustível de base e do objetivo de desempenho pretendido. Cada combinação requer ensaios para determinar as concentrações adequadas, as condições de processamento e a estabilidade.

Qual é a diferença entre uma dispersão de nanocombustível e uma nanoemulsão de combustível?

Uma dispersão de nanopartículas contém partículas sólidas distribuídas num combustível líquido. Uma nanoemulsão de combustível contém gotículas muito pequenas de um líquido dispersas noutro, como, por exemplo, gotículas de água no gasóleo. O ultrassom pode facilitar ambos os processos. As formulações que contêm nanopartículas e gotículas de líquido dispersas exigem a avaliação tanto da estabilidade das partículas como da estabilidade da emulsão.

A dispersão ultrassónica impede que as nanopartículas se depositem?

O tratamento por ultrassons pode reduzir a aglomeração e melhorar a distribuição inicial das partículas, mas a estabilidade a longo prazo depende também da formulação. As propriedades das partículas, a concentração dos aditivos, a composição do combustível e os dispersantes compatíveis influenciam a capacidade das partículas se manterem em suspensão. Os ensaios de armazenamento devem determinar durante quanto tempo o nanocombustível acabado mantém uma distribuição aceitável nas condições previstas.

Quais são os parâmetros de processamento ultrassónico mais importantes?

Os parâmetros-chave incluem a amplitude, a energia aplicada, a duração do tratamento e a temperatura. No caso do processamento em fluxo contínuo, o caudal e a pressão no reator também são importantes. Estas configurações devem ser avaliadas em conjunto com a formulação. Documentar as condições que produzem a dispersão desejada ajuda a estabelecer um processo repetível e facilita o posterior aumento de escala.

Será que a produção de nanocombustível por ultrassons pode ser expandida do laboratório para um processo contínuo?

Sim. Os ensaios laboratoriais permitem determinar a formulação e as condições de processamento antes da avaliação numa célula de fluxo ultrassónica. Em funcionamento contínuo, o combustível passa por uma zona de tratamento controlada. A ampliação da escala deve confirmar que o sistema de maior dimensão atinge a qualidade de dispersão e a estabilidade exigidas ao caudal pretendido.

Como devo escolher um dispersador ultrassónico da Hielscher para nanocombustíveis?

Comece por indicar o combustível de base, o tipo e a concentração das nanopartículas, o volume do lote ou o caudal necessários e a qualidade de dispersão pretendida. Indique também a temperatura de funcionamento e o período de armazenamento previsto. Estes detalhes ajudam-nos a recomendar a configuração ideal do sonicador, do sonotrodo e da célula de fluxo para ensaios da aplicação e planeamento da produção.