Överlägsna nanobränslen genom ultraljudsdispersion
- Ultraljudsdispersion används för att producera nanobränslen eller diesohol, en bränsleblandning av etanol och diesel, som förbättras genom tillsats av CNT eller nanopartiklar.
- Kraftultraljud producerar superfina emulsioner och dispersioner med nanobränsle.
- Ultraljudsdispergerade nanopartiklar i bränslen förbättrar bränsleprestanda och emissionsegenskaper.
- Ultraljud inline dispergeringsmedel finns tillgängliga i industriell skala för produktion av nanobränslen.
Nanobränslen
Nanobränslen består av en blandning av ett basbränsle (t.ex. diesel, biodiesel, bränsleblandningar) och nanopartiklar. Dessa nanopartiklar fungerar som hybridnanokatalysatorer, som erbjuder en stor reaktiv yta. Ultraljudsdispersionen av nanotillsatsen resulterar i avsevärt förbättrade bränsleprestanda, såsom minskad tändfördröjning, längre flamnäring och agglomerattändning samt betydande totala minskningar av utsläppet.
Bränsle-partikelblandningar i nanostorlek överträffar rent flytande bränsle när det gäller bränsleprestanda genom högre energidensitet, snabbare och enklare tändning, förbättrad katalytisk effekt, minskade utsläpp, snabbare avdunstnings- och förbränningshastighet och förbättrad förbränningseffektivitet.
Ultraljudsdispersion av nanopartiklar i bränsle
För att undvika att nanopartiklar sedimenterar i bränsletanken måste partiklarna spridas sofistikerat. Ultraljudsprocessorer är kraftfulla och pålitliga dispergeringsmedel, som är välkända för sin förmåga att blanda, deagglomerera och till och med fräsa nanopartiklar så att en stabil dispersion med önskad partikelstorlek erhålls.
Hielschers ultraljudsdispergeringsmedel är beprövade verktyg för att dispergera nanorör och partiklar till bränslen.
Listan nedan ger dig en översikt över redan testade nanomaterial dispergerade i bränslen:
- CNT – Kol nanorör
- Ag – Silver
- Al – aluminium
- Al2O3 – aluminiumoxid
- AlCuOx – aluminium kopparoxider
- b – bor
- Ca – kalcium
- CaCO3 – Kalciumkarbonat
- Fe – järn
- Cu – Koppar
- CuO – Kopparoxid
- Ce – cerium
- VD2 – ceriumoxid
- (VD och koncernchef)2)· (ZrO2) – ceriumzirkoniumoxid
- CO – kobolt
- Mg – magnesium
- Mn – mangan
- TiO TiO2 – titandioxid
- ZnO – zinkoxid
7 kW ultraljudsflödessystem
Nanoskalad, ultraljudsmonodispergerad ceriumoxid erbjuder hög katalytisk aktivitet på grund av dess höga förhållande mellan yta och volym, vilket leder till förbättrad bränsleeffektivitet och minskade utsläpp.
Ultraljud nanoemulsioner
Ultraljudsemulgeringsteknik används för att producera stabila etanol-i-dekan, etanol-i-diesel eller diesel-biodiesel-etanol/bioetanolblandningar. Sådana blandningar är ett idealiskt basbränsle, som i ett andra steg kan förbättras genom att sprida nanopartiklar i bränslet.
Ultraljud nano-emulgering används också framgångsrikt för att producera vattenbränslen.
Klicka här för att lära dig mer om ultraljudspreparerade vattenbränslen!
Ultraljudsproduktion av emulsionsbränslen
Industriella ultraljudssystem
Genereringen av stabila emulsioner och dispersioner kräver kraft, ultraljud och höga amplituder. Hielscher Ultraljud’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder, vilket är viktigt för att producera emulsioner och dispersioner i nanostorlek. Därför kan våra industriella ultraljudsapparater enkelt köras på amplituder på upp till 200 μm i 24/7 drift under tunga förhållanden. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga.
Hielscher erbjuder kostnadseffektiva, mycket robusta ultraljudsprocessorer med ett litet fotavtryck för installation i anläggningar med begränsat utrymme och krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000 |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
InsatsMPC48 – Hielschers lösning för överlägsna nanoemulsioner
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Nanobränslen
Med nanobränslen avses en blandning av bränsle och nanopartiklar. Genom att de dispergerande nanoenergetiska partiklarna in i bränslet förändras bränslets fysikalisk-kemiska egenskaper av deras funktion, deras dispersiva struktur och det komplexa samspelet mellan värmeöverföring, vätskeflöde och partikelinteraktioner. På grund av den heterogena sammansättningen bestäms nanobränslets egenskaper av typen av basbränsle samt nanopartiklarnas sammansättning, storlek, form, koncentration och fysikaliska och kemiska egenskaper. Nanobränslets egenskaper kan skilja sig avsevärt från basbränslets egenskaper.
diesel
Diesel är flytande bränsle som förbränns i dieselmotorer. I dieselmotorer antänds bränslet utan någon gnista, utan genom att komprimera insugningsluftblandningen och sedan spruta in dieselbränslet.
Konventionellt dieselbränsle är ett specifikt fraktionerat destillat av petroleumeldningsolja. I en vidare bemärkelse avser termen diesel bränslen som inte härrör från petroleum, t.ex. biodiesel, biomassa-till-iquid (BTL), gas-till-vätska (GTL) eller kol-till-vätska (CTL) diesel. BTL, GTL och CTL är så kallade syntetiska dieselbränslen, som kan härledas från vilket kolhaltigt material som helst (t.ex. biomassa, biogas, naturgas, kol, etc.). Efter förgasning av råvaran till syntesgas följt av rening omvandlas den via Fischer–Tropsch-reaktionen till syntetisk diesel. Diesel med ultralåg svavelhalt (ULSD) är en standard för dieselbränsle som innehåller en betydligt lägre svavelhalt.
Biodiesel
Biodiesel är ett förnybart bränsle som framställs av vegetabiliska oljor, animaliska fetter eller återvunna fetter. Biodiesel kan användas för att köras i dieselfordon och generatorer. Dess fysikaliska egenskaper liknar dem hos petroleumdiesel, även om den brinner renare. Biodiesel minskar utsläppen av oförbrända kolväten (UHC), koldioxid (CO2), kolmonoxid (CO), svaveloxider och sotpartiklar – jämfört med utsläpp från förbränning av konventionell diesel. Utsläppen av kväveoxider (NOx) kan vara högre för biodiesel (jämfört med diesel). Detta kan dock minskas genom att optimera tidpunkten för bränsleinsprutning.
Biodieselproduktionen förbättras avsevärt genom ultraljudstransesterifiering. Klicka här för att lära dig mer om ultraljud biodiesel produktion!
etanol
Etanolbränsle är etylalkohol (C2H5OH) som används som bränsle. Etanolbränslen används främst som motorbränslen – främst som biobränsletillsats i bensin. Idag kan bilar köras med 100% etanolbränsle eller med så kallade flex-fuels, som är en blandning av etanol och bensin. Det produceras vanligtvis genom en jäsningsprocess av biomassa, t.ex. majs eller sockerrör. Eftersom etanolbränsle kommer från förnybar, hållbar biomassa kallas det ofta bioetanol. Kraftultraljud kan förbättra produktionen av bioetanol avsevärt. Klicka här för att lära dig mer om produktion av bioetanol med ultraljud!
Etanol är oxygenatet i E-diesel. Den största nackdelen med E-diesel är att etanol i diesel är oblandbar över ett brett temperaturområde. Biodiesel kan dock användas framgångsrikt som ett amfifilt ytaktivt ämne för att stabilisera etanol och diesel. Etanol−biodiesel−diesel (EB-diesel) kan blandas ultraljudsmässigt till en mikro- eller nanoemulsion så att EB-dieseln är stabil – även vid temperaturer under noll och erbjuder överlägsna bränsleegenskaper jämfört med vanligt dieselbränsle.