Vrhunska nanogoriva z ultrazvočno disperzijo
Razvoj nano goriv se začne z učinkovito disperzijo. Nanodelci, dodani dizelskemu gorivu, biodizlu ali mešanim gorivom, lahko vplivajo na zgorevanje, vendar je njihova učinkovitost odvisna od tega, kako dobro so porazdeljeni po tekočini. Aglomeracija in sedimentacija otežujeta ohranjanje enakomerne koncentracije aditivov in doseganje ponovljivih rezultatov. Ultrazvočna disperzija rešuje ta izziv z razbijanjem skupkov delcev in porazdelitvijo nano-aditivov po celotnem gorivu.
Nanogoriva
Nanogoriva so sestavljena iz mešanice osnovnega goriva (npr. dizelskega goriva, biodizla, mešanic goriv) in nanodelcev. Ti nanodelci delujejo kot hibridni nanokatalizatorji, ki ponujajo veliko reaktivno površino. Ultrazvočna disperzija nano-dodatka bistveno izboljša zmogljivost goriva, kot so zmanjšana zakasnitev vžiga, daljše vzdrževanje plamena in aglomerat vžig ter znatno splošno zmanjšanje emisij.
Nano-velike mešanice goriva in delcev odlikujejo čisto tekoče gorivo glede zmogljivosti goriva z večjo gostoto energije, hitrejšim in lažjim vžigom, izboljšanim katalitičnim učinkom, zmanjšanimi emisijami, hitrejšim izhlapevanjem in hitrostjo gorenja ter izboljšano učinkovitostjo zgorevanja.
Za nanodisperzijo delcev v gorivih uporabite ultrazvok!
Obrnite se na našo ekipo in spoznajte možnosti ultrazvočne disperzije za vašo kombinacijo goriva in nanodelcev.
7kW ultrazvočni pretočni sistem
Nanogoriva: ultrazvočna disperzija nanodelcev v gorivu
Da bi preprečili usedanje nanodelcev v rezervoarju za gorivo, je treba delce temeljito dispergirati. Ultrazvočna disperzija omogoča vmešavanje nanodelcev, kot so cerijev oksid, aluminijev oksid in ogljikove nanotrubice, v dizel, biodizel in gorivne mešanice.
Z akustično kavitacijo – nastanek in propad mikroskopskih mehurčkov – Ultrazvok ustvarja močne lokalne strižne sile, ki razbijajo aglomerate delcev in razporedijo dodatke po celotni tekočini. S tem se več površine delcev izpostavi okoliškemu gorivu, kar omogoča oceno katalitičnih in z zgorevanjem povezanih prednosti.
Ultrazvok deluje razprševalno neposredno v tekočini brez dodatnih mlevnih kroglic, kar odpravlja potrebo po naknadnem ločevanju mlevnih sredstev. Ultrazvočni aparati podjetja Hielscher omogočajo tako pripravo v serijah kot tudi neprekinjeno obdelavo v proizvodni liniji, zaradi česar je ta tehnika uporabna od laboratorijskih raziskav do industrijske proizvodnje.
Spodnji seznam vsebuje pregled že preizkušenih nanomaterialov, razpršenih v gorivih:
- CNT – Ogljikove nanocevke
- Ag – Srebro
- Al – aluminij
- Al2O3 – aluminijev oksid
- AlCuOx – aluminijevi bakrovi oksidi
- b – bor
- Ca – kalcij
- CaCO3 – kalcijev karbonat
- Fe – železo
- Cu – Baker
- CuO – bakrov oksid
- Ce – cerij
- Ceo2 – Cerijev oksid
- (Izvršni direktor2)· (ZrO2) – Cerijev cirkonijev oksid
- CO – kobalt
- Mg – magnezij
- Mn – mangan
- TiO2 – titanov dioksid
- ZnO – cinkov oksid
Ultrazvočno monodispergirani cerijev oksid v nanomerilu ponuja visoko katalitično aktivnost zaradi visokega razmerja med površino in prostornino, kar vodi do izboljšane učinkovitosti porabe goriva in zmanjšanja emisij.
Aqua-goriva: goriva v obliki nanoemulzij, pridobljena s sonikacijo
Aqua-goriva so emulzije tipa »voda v gorivu«, v katerih so drobne kapljice vode porazdeljene po celotni neprekinjeni fazi goriva, na primer dizla. Ultrazvočni aparati Hielscher ustvarjajo intenzivno akustično kavitacijo, ki večje kapljice razbije na manjše, kar omogoča nastanek emulzij z nanokapljicami ob ustreznih pogojih formulacije in obdelave. Nastavljiva amplituda ultrazvoka, nadzorovan vnos energije in upravljanje temperature pomagajo optimizirati velikost kapljic in ponovljivost, medtem ko združljivi emulgatorji zagotavljajo stabilnost med skladiščenjem in ravnanjem.
Kliknite tukaj, če želite izvedeti več o ultrazvočno pripravljenih vodnih gorivih!
Ultrazvočno mešanje goriva
Ultrazvočna tehnologija emulgiranja se uporablja za proizvodnjo stabilnih mešanic etanola v dekanu, etanola v dizelu ali mešanic dizel-biodizel-etanol/bioetanol/bioetanol. Takšne mešanice so idealno osnovno gorivo, ki ga je mogoče v drugem koraku izboljšati z razprševanjem nanodelcev v gorivo.
Ultrazvočna proizvodnja emulzijskih goriv
Industrijski ultrazvočni aparati za dispergiranje in emulgiranje nano-goriv
Ultrazvočni aparati podjetja Hielscher združujejo učinkovito razgradnjo aglomeratov nanodelcev z natančnim nadzorom procesa za razvoj in proizvodnjo nanogoriv. Intenzivna ultrazvočna kavitacija pomaga razbiti skupke delcev in porazdeliti dodatke, kot so kovinski oksidi in ogljikove nanotrubice, po dizelskem gorivu, biodizlu in mešanih gorivih. Nastavljiva amplituda ter spremljanje vnosa energije in temperature omogočata ponovljivo obdelavo in optimizacijo formulacij. S laboratorijskimi instrumenti in industrijskimi sistemi, konfiguriranimi za delovanje v serijah ali s kontinuiranim pretokom, Hielscher ponuja praktično pot od začetnih poskusov do večjih proizvodnih obsegov. Avtomatsko beleženje podatkov o procesu na digitalnih industrijskih modelih pomaga ekipam dokumentirati uspešne pogoje in ohranjati dosledno obdelavo tudi ob povečanju zmogljivosti.
Širitev proizvodnje in zanesljiva proizvodnja
Ko formulacija izpolni cilje kakovosti, pretokna ultrazvočna obdelava omogoča povečanje proizvodnih količin. Gorivo prehaja skozi območje ultrazvočne obdelave v nadzorovanih obratovalnih pogojih, pri čemer se glede na želeni rezultat izbere obdelava z enim prehodom ali s ponovnim kroženjem. Za izbiro opreme navedite osnovno gorivo, vrsto in koncentracijo aditiva, želeno kakovost disperzije, zahtevano zmogljivost in delovno temperaturo. Ti podatki omogočajo podjetju Hielscher, da priporoči procesor, sonotrodo in konfiguracijo pretočne celice za preskuse procesa in poznejše povečanje obsega.
Hielscher ponuja stroškovno učinkovite, zelo robustne ultrazvočne procesorje z majhnim odtisom za namestitev v obratih z omejenim prostorom in zahtevnimi okolji.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočeni ultrazvočni aparat |
|---|---|---|
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000hdT |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000hdT |
Večfazni kavitator – Vložek za pretočno celico za vrhunske nanoemulzije
Pogosta vprašanja o proizvodnji nano goriva z ultrazvokom
Kaj so nano-goriva?
Nanogoriva se nanašajo na mešanico goriva in nanodelcev. Z razprševanjem nanoenergetskih delcev v gorivo se fizikalno-kemijske lastnosti goriva spremenijo zaradi njihove funkcionalnosti, disperzivne strukture in kompleksnega medsebojnega delovanja prenosa toplote, pretoka tekočine in interakcij delcev. Zaradi heterogene sestave so lastnosti nanogoriv določene z vrsto osnovnega goriva ter sestavo, velikostjo, obliko, koncentracijo ter fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi nanodelcev. Lastnosti nanogoriv se lahko bistveno razlikujejo od lastnosti osnovnega goriva.
Kako se dizel uporablja kot gorivo?
Dizel je tekoče gorivo, ki se kuri v dizelskih motorjih. Pri dizelskih motorjih se gorivo vžge brez iskre, vendar s stiskanjem mešanice dovodnega zraka in nato vbrizgavanjem dizelskega goriva.
Običajno dizelsko gorivo je poseben frakcijski destilat naftnega kurilnega olja. V širšem pomenu se izraz „dizel“ nanaša tudi na goriva, ki niso pridobljena iz nafte, npr. biodizel, dizel iz biomase (BTL), dizel iz plina (GTL) ali dizel iz premoga (CTL). BTL, GTL in CTL so tako imenovana sintetična dizelska goriva, ki jih je mogoče pridobiti iz katere koli ogljikove snovi (npr. biomase, bioplina, zemeljskega plina, premoga itd.). Po uplinjenju surovine v sintezni plin, ki mu sledi čiščenje, se ta prek Fischer-Tropschove reakcije pretvori v sintetično dizelsko gorivo. Dizelsko gorivo z izjemno nizko vsebnostjo žvepla (ULSD) je standard za dizelsko gorivo, ki vsebuje znatno zmanjšano vsebnost žvepla.
Kaj je biodizel?
Biodizel je obnovljivo gorivo, ki se proizvaja iz rastlinskih olj, živalskih maščob ali recikliranih masti. Biodizel se lahko uporablja za pogon v dizelskih vozilih in generatorjih. Njegove fizikalne lastnosti so podobne lastnostim naftnega dizelskega goriva, čeprav gori čisteje. Biodizel zmanjšuje emisije nezgorenih ogljikovodikov (UHC), ogljikovega dioksida (CO2), ogljikovega monoksida (CO), žveplovih oksidov in delcev saj – v primerjavi z emisijami, ki nastanejo pri izgorevanju običajnega dizelskega goriva. Emisije dušikovih oksidov (NOx) so lahko višje za biodizel (v primerjavi z dizelskim gorivom). Vendar pa je to mogoče zmanjšati z optimizacijo časa vbrizgavanja goriva.
Proizvodnja biodizla se z ultrazvočno transesterifikacijo znatno izboljša. Kliknite tukaj, če želite izvedeti več o proizvodnji biodizla z ultrazvokom!
Ali se etanol lahko uporablja kot gorivo?
Da, etanol – etilni alkohol (C₂H5O, Bog! – se lahko uporablja kot gorivo. Etanolna goriva se večinoma uporabljajo kot motorna goriva – predvsem kot dodatek biogoriva v bencinu. Danes lahko avtomobili delujejo na 100-odstotnem etanolu ali na tako imenovanih fleksibilnih gorivih, ki so mešanica etanola in bencina. Običajno se proizvaja s fermentacijo biomase, npr. koruze ali sladkornega trsa. Ker se etanol pridobiva iz obnovljive, trajnostne biomase, ga pogosto imenujemo bioetanol. Ultrazvok visoke moči lahko znatno izboljša proizvodnjo bioetanola. Kliknite tukaj, da izveste več o proizvodnji bioetanola z ultrazvokom!
Etanol je oksigenat v E-dizelskem gorivu. Glavna pomanjkljivost E-dizela je nemešavost etanola v dizelskem gorivu v širokem razponu temperatur. Vendar pa se lahko biodizel uspešno uporablja kot amfifilna površinsko aktivna snov za stabilizacijo etanola in dizelskega goriva. Gorivo etanol-biodizel-dizelsko gorivo (EB-dizelsko) se lahko ultrazvočno zmeša z mikro- ali nano-emulzijo, tako da je EB-dizelsko gorivo stabilno – tudi pri temperaturah pod ničlo in ponuja boljše lastnosti goriva kot običajno dizelsko gorivo.
Kako deluje ultrazvočna disperzija pri proizvodnji nanogoriva?
Ultrazvočna disperzija z akustično kavitacijo razbije aglomerate delcev v gorivu. Nastanejo mikroskopske mehurčke, ki se nato sesedejo, pri čemer ustvarjajo lokalne strižne sile in curke tekočine, ki ločijo združene delce. Ta postopek pomaga pri porazdelitvi nano-aditivov po celotni tekočini in omogoča razvoj formulacij z doslednimi rezultati.
Kateri nanodelci se lahko z ultrazvokom dispergirajo v goriva?
Med snovmi, ki so bile preučene v sestavi goriv, so cerijev oksid (CeO₂), aluminijev oksid (Al₂O₃), titanov dioksid (TiO₂), cinkov oksid (ZnO) in ogljikove nanotrubice (CNT). Izbor ustreznega dodatka je odvisen od osnovnega goriva in želenega ciljnega delovanja. Vsaka kombinacija zahteva testiranje, da se določijo ustrezne koncentracije, pogoji obdelave in stabilnost.
Kakšna je razlika med disperzijo nanogoriva in nanoemulzijo goriva?
Dispersija nanodelcev vsebuje trdne delce, razporejene v tekočem gorivu. Nanoemulzija goriva vsebuje zelo majhne kapljice ene tekočine, dispergirane v drugi, na primer kapljice vode v dizelskem gorivu. Ultrazvok lahko podpira oba procesa. Pri formulacijah, ki vsebujejo nanodelce in dispergirane kapljice tekočine, je treba oceniti tako stabilnost delcev kot tudi stabilnost emulzije.
Ali ultrazvočna disperzija preprečuje usedanje nanodelcev?
Ultrazvočna obdelava lahko zmanjša aglomeracijo in izboljša začetno porazdelitev delcev, vendar je trajna stabilnost odvisna tudi od sestave. Lastnosti delcev, koncentracija aditivov, sestava goriva in združljiva dispergenta vplivajo na to, ali delci ostanejo v suspenziji. S preskusi skladiščenja je treba ugotoviti, kako dolgo končno nanogorivo ohranja sprejemljivo porazdelitev v predvidenih pogojih.
Kateri parametri ultrazvočne obdelave so najpomembnejši?
Ključni parametri vključujejo amplitudo, vnos energije, trajanje obdelave in temperaturo. Pri obdelavi s pretokom sta pomembna tudi pretok in tlak v reaktorju. Te nastavitve je treba oceniti skupaj s formulacijo. Dokumentiranje pogojev, ki omogočajo želeno disperzijo, pomaga vzpostaviti ponovljivo obdelavo in podpira poznejše povečanje obsega proizvodnje.
Ali je mogoče proizvodnjo nano goriva z ultrazvokom prenesti iz laboratorija v neprekinjeno proizvodnjo?
Da. S laboratorijskimi preskusi je mogoče določiti sestavo in pogoje obdelave pred ocenjevanjem v ultrazvočni pretočni celici. Pri neprekinjenem delovanju gorivo teče skozi nadzorovano obdelovalno območje. S povečanjem obsega je treba potrditi, da večji sistem pri predvideni zmogljivosti doseže zahtevano kakovost disperzije in stabilnost.
Kako izbrati ultrazvočni dispergator Hielscher za nanogoriva?
Začnite z izbiro osnovnega goriva, vrste in koncentracije nanodelcev, potrebnega volumna serije ali pretoka ter želene kakovosti disperzije. Navedite tudi delovno temperaturo in predvideno obdobje skladiščenja. Ti podatki nam pomagajo priporočiti idealno konfiguracijo ultrazvočnega aparata, sonotrode in pretočne celice za preskuse uporabe in načrtovanje proizvodnje.
Literatura / Reference
- 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.