Βιοκαύσιμα για τις Mεταφορές

Transcript

1 LABORATORY OF APPLIED THERMODYNAMICS Ζήσης Σαμαράς Μαρίνα Κουσουλίδου Βιοκαύσιμα για τις Mεταφορές Aνασκόπηση και αξιολόγηση με βάση την εμπειρία του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής του ΑΠΘ ARISTOTLE UNIVERSITY THESSALONIKI SCHOOL OF ENGINEERING DEPT. OF MECHANICAL ENGINEERING Θεσσαλονίκη,

2 Δομή της παρουσίασης Τα βιοκαύσιμα στην Ευρώπη (παρελθόν και μέλλον) Παραδοχέςγιατιςεπιπτώσειςστιςεκπομπές Η ερευνητική δραστηριότητα του ΕΕΘ στα βιοκαύσιμα 1 ης γενιάς Καθαρά φυτικά λάδια Μεθυλεστέρες διαφορετικής προέλευσης Διάφορες συγκεντρώσεις στο καύσιμο Διάφορες τεχνολογίες κινητήρων Μελλοντικές δραστηριότητες

3 Βιοκαύσιμα Η πιο διαδεδομένη τεχνολογική επιλογή παγκοσμίως Έμφαση στη βιοαιθανόλη σε Βραζιλία και ΗΠΑ Έμφαση στο βιοντίζελ σε ΕΕ Συσχετισμός με περιβαλλοντικά και κοινωνικά προβλήματα Εισαγωγή βιοκαυσίμων 2ης γενιάς από απορριμματική βιομάζα και χρησιμοποιημένα τηγανέλαια Ηχρήσηβιοκαυσίμωνσε οχήματα έχει ιστορία μεγαλύτερη από 100 χρόνια

4 Τα βιοκαύσιμα στην Ευρώπη 1 Συμμετοχή στα καύσιμα των μεταφορών Στόχος του Ευρωπαϊκού θεσμικού πλαισίου η προώθηση χρήσης βιοκαυσίμων Πολύ κοντά στο στόχο του 5,75% το 2010

5 Ποια βιοκαύσιμα στην Ευρώπη -2 Βιοντίζελ 75% Αιθανόλη 15% Άλλα 10% Υποκατάσταση του diesel από μεθυλεστέρες φυτικών ελαίων και φυτικά έλαια Πηγή: EUROBSERV ER Biofuels Barometer 2009

6 Τα βιοκαύσιμα στην Ευρώπη -3 Μελλοντικές Τάσεις Source: European Biofuels Technology Platform : Ανάγκη για 35Mtoe βιοκαυσίμων (75% υποκατάστατα diesel και 25% βενζίνης) Πως θα παραχθούν αυτά τα βιοκαύσιμα; Περιορισμένες πρώτες ύλες απαιτούν την εφαρμογή των βέλτιστων διαθέσιμων πρακτικών Εισαγωγή βιοκαυσίμων β γενιάς

7 Επίδραση των βιοκαυσίμων 1 ης γενιάς στις εκπομπές ρύπων Θετική η επίδραση των βιοκαυσίμων στις εκπομπές ρύπων με εξαίρεση τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου (NOx) Τι γίνεται με τις μηνομοθετημένες εκπομπές Source: US EPA Στόχος για το 2020 η χρήση βιοκαυσίμων σε ποσοστό 10% Τα βιοκαύσιμα 2 ης γενιάς αναμένεται να οδηγήσουν σε διαφορετικά αποτελέσματα?

8 Στόχος ΕΕΘ: Αξιολόγηση βιοντίζελ και φυτικών ελαίων Επίδραση του βιοντίζελ στη λειτουργία και τις εκπομπές κινητήρων ντίζελ Δυνατότητα χρήσης καθαρών φυτικών ελαίων σε κινητήρες ντίζελ επιπτώσεις; Υπάρχουν βέλτιστες α ύλες; Υπάρχουν βέλτιστες συγκεντρώσεις; Συνολικό δυναμικό μείωσης εκπομπών CO 2 των Ελληνικών βιοκαυσίμων (ανάλυση κύκλου ζωής)

9 Ερευνητικές δραστηριότητες στα βιοκαύσιμα Χρήση μιγμάτων βιοντίζελ EN14214 και καθαρών φυτικών ελαίων 10% v/v σε όχημα Euro 3 Common rail Χρήση 5 διαφορετικών α υλών βιοντίζελ (των βασικότερων στην Ευρώπη) και 3 καθαρών φυτικών ελαίων Χρήση καθαρού βιοντίζελ (Β100) και μίγματος 50% (Β50) σε όχημα Euro 2 Αξιολόγηση νομοθετημένων και μη νομοθετημένων εκπομπών Ανάλυση των επιπτώσεων των καυσίμων σε πέδη κινητήρα Συστηματική παρακολούθηση οχημάτων για αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα

10 Μετρήσεις Οχημάτων Οχήματα: Renault Laguna 1.9, Euro 3, Common Rail VW Golf, 1.9, Euro 2 Λειτουργία: km κίνησης στο δρόμο με κάθε καύσιμο, για την προσαρμογή του κινητήρα στο καύσιμο 3 σετ μετρήσεων με συμβατικό ντίζελ Καύσιμα: Καύσιμο αναφοράς: EN 590-Directive 98/70/EC Μίγματα βιοκαυσίμων (10 % v/v): Μεθυλ. Κραμβελαίου Μεθυλ. Σογιελαίου Μεθυλ. Ηλιελαίου Σογιέλαιο Βαμβακέλαιο Κραμβέλαιο Αξιολόγηση σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ14214 Αξιολόγηση με βάση το πρότυπο ΕΝ590

11 Πρωτόκολλο Μέτρησης Πρωτόκολλα: Μέτρησημεβάσητην Ευρωπαϊκή Νομοθετημένη Διαδικασία Εφαρμογή πρωτόκολλουκύκλων οδήγησης NEDC- ARTEMIS 2 επαναλήψεις ανα μέτρηση αρχική και τελική επιθεώρηση μηχανικών μερών του κινητήρα 33km/h 62km/h 18km/h 116km/h Κύκλοι οδήγησης πρωτοκόλλου ARTEMIS

12 Αποτελέσματα Εκπομπών: CO2 CO2 μ.ο. Πειρ. καυσίμου / μ.ο. αναφοράς UDC cold Βιοντίζελ Σόγια 10% Βιοντίζελ Ηλιέλαιο 10% Βιοντίζελ Κραμβέλαιο 10% Βαμβακέλαιο 10% Ηλιέλαιο 10% Κραμβέλαιο 10% EUDC NEDC UDC hot Artem Urban Artem Road Artem Mtw Η χρήση φυτικών ελαίων ή βιοντίζελ σε ποσοστό 10% δεν επηρεάζει την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές CO2 Η διασπορά των μετρήσεων βρίσκεται εντός των ορίων ακρίβειας της μέτρησης (±2.5%)

13 Αποτελέσματα Εκπομπών: CO και HC CO μ. ο. Πειρ. καυσίμ ου / μ. ο. αναφ ο ρ ά ς Soya Biodiesel Sunflower Biodiesel Rapeseed biodiesel C ottonseed oil Sunflower oil Rapeseed oil 6mg/km 6g/km HC μ.ο. Πειρ. καυσίμου / μ.ο. αναφοράς Soya Biodiesel Sunflower Biodiesel Rapeseed biodiesel Cottonseed oil Sunflower oil Rapeseed oil UDC co ld EUDC NEDC UDC hot Artem Urban Artem Road Artem Mtw UDC cold EUDC NEDC UDC hot Artem Urban Artem Road Artem Mtw Αυξημένες τιμές για τα μίγματα φυτικών ελαίων και για τα μίγματα μεθυλεστέρων στους νομοθετημένους κύκλους. Η φαινομενικά μεγάλη διαφοροποίηση από τις τιμές των μετρήσεων αναφοράς οφείλεται στα πολύ χαμηλά επίπεδα εκπομπών που παρουσιάζει το όχημα για τους ρύπους αυτούς

14 Αποτελέσματα Εκπομπών: NOx NOx μ.ο. Πειρ. καυσίμου / μ.ο. αναφοράς Soya Biodiesel Sunflower Biodiesel Rapeseed biodiesel C ottonseed oil Sunflower oil Rapeseed oil Μεθυλεστέρας ηλιέλαιου: οδηγεί σε NOx UDC cold EUDC NEDC UDC hot Artem Urban Artem Road Artem Mtw Οι εκπομπές NOx κυμαίνονται στα επίπεδα των εκπομπών αναφοράς. Το βιοντίζελ από σόγια φαίνεται να μειώνει τα εκπεμπόμενα NOx Το βιοντίζελ από ηλιέλαιο τείνει να αυξάνει τα εκπεμπόμενα ΝΟx 20%. Φυτικά έλαια: το βαμβακέλαιο προκαλεί μια ελαφρά μείωση στα ΝΟx.

15 Αποτελέσματα Εκπομπών: Σωματίδια PM μ.ο. Πειρ. καυσίμου / μ.ο. αναφοράς UDC cold Soya Biodiesel Sunflower Biodiesel Rapeseed biodiesel C ottonseed oil Sunflower oil Rapeseed oil EUDC NEDC UDC hot Artem Urban Artem Road Artem Mtw Εκπομπές σωματιδιακής μάζας: διαφορετικές τάσεις στην περίπτωση των φυτικώνελαίωνκαιτωνμεθυλεστέρωντους Μίγματα βιοντίζελ: οι μετρήσεις PM βρίσκονται κάτω από το μέσο όρο των μετρήσεων αναφοράς με εξαίρεση τον υπεραστικό κύκλο Artemis

16 Α' ύλη Κύκλος οδήγησης UDC EUDC NEDC UDC Artem Artem Artem cold hot Urban Road Mtw Συμπέρασμα CO2 Β10 Σογιέλαιο Β10 UFO B10 Φοινικέλαιο Β10 Ηλιέλαιο Β10 Κραμβέλαιο CO Β10 Σογιέλαιο Β10 UFO B10 Φοινικέλαιο Β10 Ηλιέλαιο Εκπομπές νομοθετημένων ρύπων Β10 Β10 Κραμβέλαιο Β10 Σογιέλαιο Β10 UFO B10 Φοινικέλαιο Β10 Ηλιέλαιο HC Β10 Κραμβέλαιο NOx Β10 Σογιέλαιο Β10 UFO B10 Φοινικέλαιο Μεταβολές Β10 Ηλιέλαιο Β10 Κραμβέλαιο PM Β10 Σογιέλαιο - - Β10 UFO B10 Φοινικέλαιο Β10 Ηλιέλαιο - - Β10 Κραμβέλαιο

17 Κατανάλωση - Εκπομπές νομοθετημένων ρύπων Β50-Β100 Α' ύλη Κύκλος οδήγησης UDC EUDC NEDC UDC Artem Artem Artem cold hot Urban Road Mtw Συμπέρασμα CO2 B50 Σογιέλαιο Β100 Σογιέλαιο CO B50 Σογιέλαιο Β100 Σογιέλαιο HC B50 Σογιέλαιο Β100 Σογιέλαιο Μεταβολές NOx B50 Σογιέλαιο Β100 Σογιέλαιο PM B50 Σογιέλαιο Β100 Σογιέλαιο - - Μεταβολές Θετικό στοιχείο: Ευνοϊκότερη συμπεριφορά σε Artemis

18 Κατανάλωση - Εκπομπές νομοθετημένων ρύπων SVO10 Κύκλος οδήγησης Α' ύλη SVO10 Βαμβακέλαιο SVO10 Ηλιανθέλαιο SVO10 Κραμβέλαιο SVO10 Βαμβακέλαιο SVO10 Ηλιανθέλαιο SVO10 Κραμβέλαιο SVO10 Βαμβακέλαιο SVO10 Ηλιανθέλαιο SVO10 Κραμβέλαιο SVO10 Βαμβακέλαιο SVO10 Ηλιανθέλαιο SVO10 Κραμβέλαιο SVO10 Βαμβακέλαιο SVO10 Ηλιανθέλαιο SVO10 Κραμβέλαιο UDC EUDC NEDC UDC Artem Artem Artem cold hot Urban Road Mtw CO CO HC NOx PM Συμπέρασμα

19 Επίδραση B10, Β50 και Β100 στα μεγέθη των σωματιδίων Total Particle number emission rate [#/km/dlogdp] 2.0E E E E kph Baseline Rapeseed oil Biodiesel 10 % Τα περισσότερα Β10 δεν Sunflow er oil Biodiesel 10 % Soyaseed Biodiesel 10 % UFO Biodiesel 10 % παρουσίασαν σωματίδια Palm oil Biodiesel 10 % περιοχής πυρήνα Ορισμένες πρώτες ύλες (κραμβέλαιο) έχουν αντίθετη επίδραση 0.0E Mobility Diameter [nm] Τα μίγματα Β50 και Β100 που μελετήθηκαν οδήγησαν στη δημιουργία σωματιδίων περιοχής πυρήνα c #/km/dlogdp 5,0E+14 4,0E+14 3,0E+14 2,0E+14 1,0E kph Baseline B100 B50 0,0E Mobility Diameter [nm]

20 Μετρήσεις σε κινητήρα

21 Μετρήσεις σε κινητήρα Type Capacity No of cyl. / valves PSA DW12 TED4 2,179 cc 4 /16 V Compression Ratio 18:1 Injection System Emission Control Pmax Nmax Common Rail EGR 96kW@4000 RPM 310Nm@2100 RPM

22 Εξέλιξη της καύσης παρουσία βιοκαυσίμου Πίεση (bar) Diesel 1500_91 B _ CAD. Αθροιστική έκλυση θερμότητας (Joule) Diesel 1500_91 B _ CAD Μεταβολή της εξέλιξης της καύσης Ανάγκη ρύθμισης του προγράμματος ελέγχου των κινητήρων

23 LABORATORY OF APPLIED THERMODYNAMICS LAT CONCAWE project: Effect of biodiesel application on Euro 4 passenger car fuel consumption, regulated and nonregulated emissions ARISTOTLE UNIVERSITY THESSALONIKI SCHOOL OF ENGINEERING DEPT. OF MECHANICAL ENGINEERING

24 Στόχος προγράμματος Η χρήση μιγμάτων βιοκαυσίμων σε διάφορες αναλογίες μέχρι 50% σε σύγχρονα επιβατικά οχήματα (Euro 4+) Η μελέτη της επίδρασης της χρήσης βιοκαυσίμων στην κατανάλωση καυσίμου και στις εκπομπές αέριων ρύπων Η τοξικολογική μελέτη των αέριων ρύπων

25 Οχήματα-Καύσιμα Οχήματα: Honda Accord, Mercedes C200, Peugeot 407 Καύσιμα: B0, B10, B30 και B50 Για B0, 5 πειραματικές δοκιμές για κάθε όχημα Για B10, B30, and B50: 4 πειραματικές δοκιμές για κάθε όχημα Σύνολο: 51 δοκιμές

26 Vehicles In action

27 Συνολικές εκπομπές βιοκαυσίμων

28 Μελλοντικές Δραστηριότητες Εμβάθυνση στα βιοκαύσιμα 2 ης γενιάς Μελέτη τών επιπτώσεων της χρήσης βιοκαυσίμων 2 ης γενιάς στις εκπομπές αέριων ρύπων Μελέτη τών επιπτώσεων της χρήσης βιοκαυσίμων 2 ης γενιάς στο σύστημα έγχυσης καυσίμου Βελτιστοποίηση ελέγχου του κινητήρα για χρήση βιοκαυσίμων Αναζήτηση βέλτιστων περιεκτικοτήτων και μεθόδων παραγωγής Ανάλυση μακροπρόθεσμων επιπτώσεων από τη χρήση Ανάπτυξη μοντέλων κινητήρων και οχημάτων Μελέτη της καύσης και προσομοίωση

29 Συνολικές εκπομπές CO 2 Ελληνικών βιοκαυσίμων Ισοδύναμες εκπομπές CO 2 / kg Ισοδύναμες καυσίμου εκπομπές (kg) CO2 (kg) Μεταφορές Βιομηχανικές διεργασίες Καλλιέργεια -χωρίς λιπάσματα- Εύρος αύξησης εκπομπών απ ό τη χρήση λιπασμάτων 0.00 Βιοντίζελ Ηλιέλαιο Βιοντίζελ Κραμβέλαιο Diesel Υπολογισμός βάσει δεδομένων από πειραματικές ενεργειακές καλλιέργειες ΒΑΣΙΚΗ ΠΑΡΑΔΟΧΗ: Ξηρικές καλλιέργειες

30 Ευχαριστώ για την προσοχή σας