Nethermost Emissions System Engine Running in Internal Combustion Engines

Transcript

1 Nethermost Emissions System Engine Running in Internal Combustion Engines Blazes the trail! Αριθμός πρωτοκόλλου Ελληνικής ευρεσιτεχνίας : , 04/08/2016 Contact: neser.engineering@gmail.com

2 Το πρόβλημα Η ανάγκη για μείωση της κατανάλωσης από τα ορυκτά καύσιμα, αλλά και των εκπομπών αερίων ρύπων, από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, είναι ένα πρόβλημα που απασχολεί όλα τα εργοστάσια κατασκευής κινητήρων, αλλά και τον χώρο της μηχανολογίας εν γένει. Μηχανές εσωτερικής καύσης, χρησιμοποιούνται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε πλοία, τη βιομηχανία, μεγάλα κτίρια και σε απομακρυσμένα μέρη (π.χ. νησιά). Οι μηχανές πολύ μεγάλης ισχύος που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ηλeκτρικού ρεύματος, τις μεταφορές και τη βιομηχανία καταναλώνουν επίσης μεγάλες ποσότητες κα;yσiμου αλλά και εκλύουν μεγάλες ποσότητες αερίων ρύπων στο περιβάλλον (CO2, CO, HC, SO2, SOX, NOX, SOOT, αιθάλη κλπ). Μηχανές εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται επίσης σε όλων των ειδών τα αυτοκινούμενα οχήματα, επιβατικά, φορτηγά, τρένα κλπ. Μία σημαντική μείωση της κατανάλωσης του καυσίμου αλλά και των εκπομπών καυσαερίων, θα σήμαινε σημαντικά οφέλη στο περιβάλλον στην υγεία των ανθρώπων, αλλά και στην οικονομία. Ταυτόχρονα, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει νομοθεσία με καταληκτική ημερομηνία ισχύος το 2020, σχετικά με τους ρύπους που εκπέμπονται από τις μηχανές εσωτερικής καύσης. Στόχος της ΕΕ είναι να μειωθεί μέχρι το 2020 το εκλυόμενο διοξείδιο του άνθρακα στο περιβάλλον κατά 20% σε σχέση με τα όσα ορίζονται στο Πρωτόκολλο του Κιότο και κατά 50% μέχρι το 2050, συμπεριλαμβανομένων των παρακάτω ρύπων. CO 2 CO HC SO X NO X SOOT PPM 2

3 Κοινές μέθοδοι μείωσης ρύπων στη ναυτιλία Η Exhaust Gas Recirculation (EGR) είναι μια τεχνολογία ελέγχου εκπομπών NOx, η οποία λειτουργεί επανακυκλοφορώντας ένα μέρος των καυσαερίων της μηχανής πίσω στους κυλίνδρους της. Η MAN Diesel & Turbo σχεδίασε και παρήγαγε το πρώτο σύστημα EGR για μια δίχρονη μηχανή diesel ενός πλοίου εμπορευματοκιβωτίων το οποίο βρισκόταν ήδη εν λειτουργία το Ως προς την αρχή λειτουργίας του, ένα μέρος των καυσαερίων αναρροφάτε μέσα από μια πλυντηρίδα (scrubber), έναν ψύκτη (cooler) και ένα συλλέκτη υγρασίας με αναρρόφηση που δημιουργείται από έναν ηλεκτροκίνητο, ειδικά σχεδιασμένο φυσητήρα. Ο φυσητήρας αυξάνει την πίεση του καυσαερίου, το οποίο στη συνέχεια αναμιγνύεται με τον αέρα υπερπλήρωσης μέσω ενός σωλήνα αέρα υπερπλήρωσης, πριν εισέλθει στους ψύκτες της κύριας μηχανής. Μέσα στο scrubber, τα καυσαέρια ξεπλένονται με νερό, το οποίο και γίνεται όξινο, ανάλογα με την περιεκτικότητα των καυσαερίων σε θείο, που προέρχονται από το καύσιμο. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητη η δοσολογία υδροξειδίου του νατρίου για να ουδετεροποιήσει το όξινο νερό. Επιπλέον το scrubber ξεπλένει τα αιωρούμενα σωματίδια (PM) τα οποία εισέρχονται στο νερό και επομένως είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα σύστημα επεξεργασίας νερού (WTS) για να απομακρύνει τα σωματίδια από το νερό και να τα αποθέτει σαν κατάλοιπα (sludge) στη δεξαμενή κατάλοιπων (sludge tank) του πλοίου. Το WTS είναι σχεδιασμένο να καθαρίζει το νερό του scrubber σε τέτοιο βαθμό ώστε να μπορεί να απορριφθεί σε ανοικτή θάλασσα. Ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου προσφέρει ευκολία στο πλήρωμα του πλοίου ως προς τη λειτουργία του, ενώ παράλληλα επιτρέπει σωστές και γρήγορες αντιδράσεις σε μεταβολές του φορτίου του κινητήρα. Διαθέσιμες λύσεις: Ship scrubber Source: Marine Chronicles 3

4 Διαθέσιμες λύσεις: Ship catalyst Source: Isalos.net Προτεγενείς μέθοδοι μείωσης αερίων ρύπων Mε μείωση της μέσης θερμοκρασίας καύσεως, επιβραδύνεται η δημιουργία ΝΟx. Ο πλέον συνήθης τρόπος για περιορισμό της μέγιστης θερμοκρασίας καύσεως σε μέγεθος και διάρκεια είναι μέσω καθυστέρησης εγχύσεως καύσιμου. Για να αντισταθμιστεί η αύξηση καταναλώσεως, αυξάνεται ο ρυθμός εγχύσεως, οπότε μειώνεται παράλληλα και η διάρκεια καύσεως, άρα το πέρας εγχύσεως συμπίπτει με αντίστοιχους, προ της ρυθμίσεως, χρόνους. Ο λόγος συμπίεσης αυξάνεται για να μην υποβαθμιστεί η ποιότητα αναφλέξεως, αλλά στο μέτρο που οι μηχανικές τάσεις λόγω μέγιστων πιέσεων δεν επηρεάζουν τη στιβαρότητα της μηχανικής κατασκευής. Επίσης η θερμική καταπόνηση βαλβίδων, λόγω πιθανής αύξησης της θερμοκρασίας καυσαερίων, πρέπει να ληφθεί υπ όψιν. Δευτερογενείς μέθοδοι μείωσης αερίων ρύπων Οι θερμικοί σταθμοί παραγωγής ρεύματος χρησιμοποιούν για αρκετά χρόνια μονάδες καταλυτικής αναγωγής (Selective Catalytic Reduction SCR) των καυσαερίων για μείωση των NOx. Τέτοιες μονάδες SCR έχουν εγκατασταθεί σε περίπου 500 πλοία και χρησιμοποιούν συνήθως ουρία, που με θέρμανση διασπάται σε αμμωνία και ισοκυανικό οξύ το οποίο μετά την ανάμειξη με νερό, δίδει με ασφάλεια την απαραίτητη για καταλυτική αναγωγή αμμωνία. Το σύστημα καταλύτη είναι σχετικά ογκώδες και δαπανηρό, αλλά η μείωση των NOx μπορεί να είναι έως 98%. Το πρόβλημα λειτουργίας του SCR πάνω από κάποια θερμοκρασία καυσαερίων οδηγεί, κυρίως για 2 Χ κινητήρες, στην τοποθέτηση του καταλύτη πριν από το στρόβιλο υπερπληρωτή και συγχρόνως την εγκατάσταση βαλβίδων παράκαμψης για μεταβαλλόμενη όδευση στους αγωγούς καυσαερίων και αέρα, κατά την επιτάχυνση κινητήρα και στα χαμηλά φορτία ελιγμών. Η παρουσία θείου στο καύσιμο και φωσφόρου στα αλκαλικά λιπαντικά επιφέρει σταδιακή χημική απενεργοποίηση (poisoning) ορισμένων καταλυτικών διατάξεων. Έτσι, εξετάζονται διατάξεις συνδυασμού αποθείωσης καυσαερίων με έκπλυση (scrubber) και κατόπιν SCR. 4

5 Το σύστημα NESER Το καινοτόμο σύστημα NESER, αποτελείται από μια σειρά εξαρτημάτων, που όταν διασυνδεθούν και ρυθμιστούν κατάλληλα στην εισαγωγή αέρα του κινητήρα και στον υπάρχοντα μηχανισμό διαχείρισης λειτουργίας, μειώνουν την κατανάλωση του καύσιμου, ανεξάρτητα από το είδος του καύσιμου (βενζίνη, πετρέλαιο, μαζούτ, υγραέριο, φυσικό αέρειο, κλπ). Παράλληλα με τη μείωση της κατανάλωσης καύσιμου το σύστημα NESER μειώνει δραστικά και τις εκπομπές αερίων ρύπων, συμπεριλαμβανομένων του διοξειδίου και του μονοξειδίου του άνθρακα, των υδρογονανθράκων, των οξειδίων του θείου, των οξειδίων του αζώτου, της αιθάλης κ.ά. Σύμφωνα με τις έως τώρα μετρήσεις και δοκιμές, η μείωση κατανάλωσης καύσιμου φθάνει έως 40%, ενώ η αντίστοιχη μείωση εκπομπών αερίων ρύπων ξεπερνά το 70%, χωρίς να είναι πλέον απαραίτητη η χρήση τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα, φίλτρου DPF, ή του συστήματος Scrubber, το οποίο έχει απόβλητα. Το Σύστημα NESER, έχει δοκιμαστεί επανηλημμένα σε αυτοκίνητα τόσο βενζινοκίνητα όσο και πετρελαιοκίνητα, σε βιομηχανικό συμπιεστή αέρος, καθώς και σε κινητήρες diesel παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της ναυτιλίας, πάντα με τα αναμενόμενα αποτελέσματα. Το σύστημα NESER ανήκει στα πρωτογενή συστήματα μείωσης αερίων ρύπων και απευθύνεται σε όλες τις βιομηχανίες οι οποίες χρησιμοποιούν κινητήρες εσωτερικής καύσης, συμπεριλαμβανομένων της αυτοκινητοβιομηχανίας, μεταποίησης, ναυτιλίας, παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μεταφορών και κυρίως τη βιομηχανία παραγωγής κινητήρων. Επιφέρει μικρές αλλαγές στη σχεδίαση των κινητήρων και τις υπάρχουσες διατάξεις των κινητήρων (και συνεπώς και μικρό κόστος εγκατάστασης), επεμβαίνοντας μόνο στην παροχή αέρα καύσης στον κινητήρα και περιορισμένο κόστος συντήρησης. Το σύστημα NESER System μειώνει δραστικά τα παρακάτω: 1. Η ποσότητα καύσιμου που καταναλώνεται ανά ώρα (kg/h). 2. Η ποσότητα καύσιμου που απαιτείται ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh). 3. H ποσότητα εκλυόμενου διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh). 4. Η ποσότητα εκλυόμενου μονοξειδίου του άνθρακα (CO) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh) 5. Η ποσότητα των εκλυόμενων διοξειδίων του θείου (SO & SO 2 ) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). 6. H ποσότητα εκλυόμενων οξειδίων του αζώτου (NO, NO 2 και υψηλότερα NO X ) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). 7. Η ποσότητα της παραγόμενης αιθάλης, ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). Με το NESER οι κινητήρες πληρούν τους στόχους της ΕΕ και του ΙΜΟ για το 2050 σήμερα! 5

6 Αποτελέσματα από δικιμή του συστήματος NESER στη ναυτιλία Όλες οι μετρήσεις που παρουσιάζονται παρακάτω συλλέχθηκαν εντός του πλοίου με το σύστημα NESER σε λειτουργία, κατά την πρόσδεση σε 125kw ισχύ της ηλεκτρογεννήτριας και εν πλω επί συνεχούς δεκαήμερου διαδρομής σε 240kw ισχύ. Δοκιμή του συστήματος NESER σε πλοίο Γεννήτρια diesel Yanmar 830hp 550 KW Ισχύς ηλεκγρογεννήτριας 125 KW Ισχύς ηλεκγρογεννήτριας 240 KW Εργοστασιακή κατανάλωση κινητήρα και εκπομπές CO X, σε λειτουργία στους 28 o C. 125 kw x 263gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO 250 kw x 223gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO Μέτρηση κατανάλωσης κινητήρα και εκπομπών CO X, σε λειτουργία στους 48 o C (δίχως NESER). 125 kw x 284gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO 250 kw x 235gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = γρ CO Κατανάλωση κινητήρα και εκπομπές CO X με το σύστημα NESER, σε λειτουργία στους 48 o C. 125 kw x 160gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO 250 kw x 132gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO 6

7 Ανάλυση αιθάλης καυσαερίων εν πλω, με εργοστασιακή λειτουργία μηχανής. Ανάλυση αιθάλης καυσαερίων εν πλω, με το πρώτο στάδιο του συστήματος NESER μόνο (μισό). Ανάλυση αιθάλης καυσαερίων εν πλω, με το πλήρες σύστημα NESER. 7

8 Ο εφευρέτης Κος Σερλιδάκης ενώ επιβλέπει τη λειτουργία του συστήματος NESER εν πλω. Παρούσα κατάσταση και επόμενα βήματα Το σύστημα NESER έχει επννοηθεί και αναπτυχθεί από τον μηχανικό Κο Ανδρέα Σερλιδάκη, ο οποίος είναι κάτοχος της ευρεσιτεχνίας και επί κεφαλής της εταιρείας. Η καινοτόμος νεοφυής εταιρεία NESER Engineering βρίσκεται στο στάδιο της δημιουργίας και φιλοξενείται στη Θερμοκοιτίδα Επιχειρήσεων Αθηνών από τον Απρίλιο του Κατά την περίοδο αυτή επιλέχθηκε για παρουσίαση στο κορυφαίο Ευρωπαϊκό συνέδριο νεοφυών επιχειρήσεων Slush 2016 στο Ελσίνκι της Φιλανδίας και το Μάιο του 2017 έλαβε το τρίτο βραβείο (από 78 συμμετέχοντες) από το διαγωνισμό Athens Startup Awards ο οποίος διοργανώθηκε από το Εμπορικό και Βιομηχανικό Επιμελητήριο Αθηνών και την Περιφέρεια Αττικής. Άμεση πρωτεραιότητα για τη NESER είναι η ολοκλήρωση της πρώτης επίσημης πιστοποίησης των επιδόσεων του συστήματος, σε συνεργασία με μία αυτοκινητοβιομηχανία, μία Ελληνική εταιρία μεταφορών, από τις διεθνών πιστοποιημένες εταιρείες TUV HELLAS NORD και Horiba. Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την πιστοποίηση από τον International Maritime Organisation (IMO), την συμμετοχή στο Horizon 2020 Engine Retrofit διαγωνισμό της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και την ταχεία ανάπτυξη της ερευνητικής και παραγωγικής δυναμικότητας της εταιρείας. Οι παρακάτω φορείς μας παρέχουν στήριξη: Θερμοκοιτίδα του Ε.Β.Ε.Α Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης TUV HELLAS NORD Envirometrics laboratory Horiba laboratory Ελληνική Αεροπορική Βιομηχανία Ε.Α.Β. 8