ΧΡΗΣΗ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΝΤΗΖΕΛ/ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΑΠΟ ΒΑΜΒΑΚΕΛΑΙΟ ΚΑΙ ΗΛΙΕΛΑΙΟ ΩΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΕ ΜΗΧΑΝΗ ΝΤΗΖΕΛ Κ.Γ. Παπαζήση 1, Ε. Αντωνάκου 1, A.A.Λάππας 1 A. Τσάκης 2,. Ζάρβαλης 2, Α. Κωνσταντόπουλος 2 1 Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίµων και Υδρογονανθράκων & 2 Εργαστήριο Τεχνολογίας Σωµατιδίων και Αερολυµάτων, ΙΤΧΗ /ΕΚΕΤΑ ΕΚΕΤΑ, Θέρµη,, 57001 Θεσσαλονίκη
Βιοκαύσιµα Υγρά ή αέρια καύσιµα µεταφοράς που παράγονται από βιοµάζα Η χρήση τους οδηγεί: στη µείωση των αερίων θερµοκηπίου στην αποδέσµευση της οικονοµίας από τα συµβατικά καύσιµα στην ανάπτυξη της αγροτικής οικονοµίας
Βιο Καθαρό καύσιµο, αντικαθιστά ή αναµιγνύεται µε το συµβατικό, παράγεται από φυσικές ή ανανεώσιµες πηγές ενέργειας Πλεονεκτήµατα βιοδιασπάσιµο µη-τοξικό δεν περιέχει θείο και αρωµατικές ενώσεις Μειονεκτήµατα υψηλό ιξώδες χαµηλή πτητικότητα αύξηση εκποµπών αιθάλης σχηµατισµός ρητινωδών προϊόντων
Μετεστεροποίηση Κύρια τεχνική για την αντιµετώπιση των µειονεκτηµάτων του βιο. Άνυδρα έλαια (τριγλυκερίδια) θερµαίνονται µε αλκοόλη, σε αλκαλικό περιβάλλον (µε βασικό καταλύτη) προς απελευθέρωση τριών «εστερικών αλυσίδων» από τη βασική γλυκερίνη του κάθε τριγλυκεριδίου Τριγλυκερίδιο Αλκοόλη Εστέρες Γλυκερίνη
Σκοπός Παρούσας Μελέτης Xρήση µίγµατος καυσίµου / βιο σε όχηµα µε µηχανή : Προσδιορισµός εκποµπών CO, NO, HC και αιθάλης Επίδραση χρήσης στην κατανάλωση του καυσίµου
Καύσιµα προς Μελέτη Χρησιµοποιήθηκαν δύο είδη βιο (από βαµβακέλαιο και ηλιέλαιο) ως καύσιµα µίγµατα µε συµβατικό σε ποσοστά 5%κ.ο. και 10%κ.ο. βιο: / βιο 5%κ.ο. βαµβακέλαιο / βιο 10%κ.ο βαµβακέλαιο / βιο 5%κ.ο. ηλιέλαιο / βιο 10%κ.ο. ηλιέλαιο
Αναλύσεις/Χαρακτηρισµός Καυσίµων Μετρούµενες ιδιότητες καυσίµων: Ιξώδες Πυκνότητα Θερµογόνος ύναµη %κ.β. C %κ.β. H S (ppm( ppm) Σταθερότητα στην οξείδωση Σηµείο Ροής Σηµείο Ανάφλεξης Σηµείο Θόλωσης CFPP (Cold Filter Plugging Point)/ Σηµείο Φραγής Ψυχρού Φίλτρου N (ppm( ppm)
Αναλύσεις/Χαρακτηρισµός Καυσίµων βαµβακέλαιο ηλιέλαιο Ιξώδες 50 0 C, csts 2.3339 3.4544 2.3652 2.4023 3.4877 2.3708 2.4045 Θείο, mg/kg 37.66 5.14 36 34.22 5.3 34.33 32.6 Άζωτο, mg/kg 42.49 4.18 37.83 36.97 5.63 39.12 35.47 ΣηµείοΡοής, 0 C -10 8-10 -7 3-9 -9 Άνθρακας, %κ.β. 85.04 76.4 84.77 84.57 76.63 85.26 85.05 Υδρογόνο, %κ.β. 13.766 12.033 13.684 13.585 12.003 13.637 13.551 Πυκνότητα 15 0 C, gr/ml 0.8283 0.8839 0.8312 0.8338 0.8841 0.8312 0.8338 Σηµείο Ανάφλεξης, 0 C 62.7 177.8 62.7 62.7 169.7 63.7 63.7 Σηµείο Θόλωσης, 0 C -1.7 4.2-0.7 0 4.1-0.4-1.3 CFPP, 0 C -2 1-5 -5-3 -3-3 Θερµογόνος ύναµη, MJ/kg 45.9903 39.7976 45.634 45.3919 39.8836 45.6521 45.3163
Αναλύσεις/Χαρακτηρισµός Καυσίµων ιαφορά στις τιµές των ιδιοτήτων των καθαρών βιο συγκριτικά µε το, ενώ τα µίγµατα / βιο έχουν παρόµοιες τιµές Για τα καθαρά βιο παρατηρούνται: Μεγάλη τιµή ιξώδους Χαµηλή περιεκτικότητα σε θείο και άζωτο Χαµηλό %κ.β. C σε σύγκριση µε το Υψηλό σηµείο ανάφλεξης Μικρότερη θερµογόνος δύναµη από το Τα µίγµατα / βιο υπήρξαν σταθερά σε συνθήκες οξείδωσης.
Αναλύσεις/Χαρακτηρισµός Καυσίµων GC/MS Βαµβακέλαιου GC/MS Ηλιέλαιου Abundance Response_ 950000 900000 850000 800000 TIC: VAMEL1_1.D 24.36 21.16 24.44 450000 400000 TIC: ILIEL1_1.D 24.28 24.37 21.14 View Mode: Integration 750000 700000 350000 650000 600000 300000 550000 500000 250000 450000 400000 200000 350000 300000 150000 250000 200000 150000 100000 24.80 100000 50000 50000 7.05 12.13 12.00 15.84 22.15 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 Time--> Time Χηµική Ανάλυση µε GC/MS Ανάλυση Χηµική ένωση Ποσοστό % Βαµβακέλαιου Ποσοστό % Ηλιέλαιου εκατετρανοϊκό οξύ, µεθυλεστέρας 14:0, Mυριστικό 0,29 - εκαεξανοϊκό οξύ, µεθυλεστέρας 16:0, Παλµιτικό 24,22 21,61 εκαοκτανοϊκό οξύ, µεθυλεστέρας 18:0, Στεατικό 13,43 - εκαοκτενοϊκό οξύ, µεθυλεστέρας 18:1, Ελαϊκό 25,02 42,26 εκαοκταδιενοϊκό οξύ, µεθυλεστέρας 18:2, Λινελαϊκό 36,53 35,05
Έλεγχος Καυσίµων σε Πραγµατικές Συνθήκες o Πραγµατοποιήθηκε σειρά µετρήσεων πεδίου σε όχηµα, λεωφορείο µεταφοράς προσωπικού, (IVECO), µε µηχανή 2,5L και µε τα πέντε είδη καυσίµου o Καθηµερινή, πρωί και απόγευµα, προκαθορισµένη διαδροµή, για διάστηµα τεσσάρων µηνών, που περιελάµβανε κίνηση εντός και εκτός πόλεως o Πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις µε καθαρό συµβατικό για λόγους σύγκρισης
ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Αέρας τροφοδοσίας Φίλτρο αέρα Στροβιλοσυµπιεστής οκός πλαισίου Εξαγωγή καυσαερίων Θερµοστοιχείο T Πολλαπλή εισαγωγής Πολλαπλή εξαγωγής Θερµοστοιχείο T ειγµατοληψία καυσαερίου Στοιχείο Στρωτής ροής Τροχαλία Επαγωγικός αισθητής Προαντλία Αντλία καυσίµου Κιβώτιο ταχυτήτων Ράβδος πλαισίου Άξονας µετάδοσης κίνησης Επαγωγικός αισθητής οκός πλαισίου οκός πλαισίου Φίλτρο καυσίµου Ψύκτης επιστρεφοµένων Γραµµή επιστρεφοµένων Γραµµή τροφοδοσίας εξαµενή καυσίµου Αισθητέςπίεσης, 12V Καταγραφή δεδοµένων Προφίλτρο Συστοιχία συσσωρευτών 24V (+) (+) Ενισχυτές σήµατος 12V (+) Συσσωρευτής 12V FP-CTR-502 WIKA S-10 WIKA S-10 (+) (-) WIK WIK A A 897 897 (+) FP-TC-120 FP-AL-110 Σύστηµα συλλογής και διαχείρισης δεδοµένων, 24V (-) RS232 Φορητός Η/Υ RS232 Αέρας καθαρισµού Μικροφίλτρο και αφυγραντήρας MRU Delta 1600-L οχείο συλλογής συµπυκνώµατος Αναλυτής καυσαερίου 12V
ΟΧΗΜΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ o Εγκατεστηµένοι στο όχηµα αισθητήρες για την καταγραφή: της κίνησης του οχήµατος της λειτουργίας του κινητήρα και της συγκέντρωσης των εκπεµπόµενων ρύπων o Σε κάθε διαδροµή καταγράφεται: η ταχύτητα του οχήµατος ο αριθµός των στροφών του κινητήρα η ροή του εισερχοµένου αέρα η κατανάλωση του καυσίµου και η θερµοκρασία και πίεση της εξάτµισης
ΟΧΗΜΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ Αισθητήρας ταχύτητας Αισθητήρας στροφών Αισθητήρας αιθάλης
ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ o Καταγραφή συγκέντρωσης αέριων ρύπων (NO, CO, HC, CO 2 ) και του οξυγόνου εξάτµισης από φορητό αναλυτή καυσαερίων o Εγκατάσταση αισθητήρα αιθάλης για τη µέτρηση της συγκέντρωσης εκπεµπόµενων σωµατιδίων αιθάλης σε πραγµατικό χρόνο o Εγκατάσταση συστήµατος συλλογής και ανάλυσης των δεδοµένων, ελεγχόµενο από Η/Υ
ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Φορητός αναλυτής καυσαερίων Σύστηµα καταγραφής και ανάλυσης δεδοµένων Σύστηµα τροφοδοσίας Σύστηµα µέτρησης της ροής του αέρα εισαγωγής
ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΑ ΡΟΜΗΣ Ποσοστό επί της διάρκειας διαδροµής (%) 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 ιαστήµατα ταχυτήτων (km/h) Ποσοστό επί της διάρκειας διαδροµής (%) 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 700-1030 1030-1360 1360-1690 1690-2020 2020-2350 2350-2680 2680-3010 3010-3340 3340-3670 RPM Ταχύτητες 0-10km/h εµφανίζονται σε µέγιστο ποσοστό, ταχύτητες 20-50km/h παρουσιάζουν την ίδια συχνότητα, µεγάλες ταχύτητες 90-100km/h τη χαµηλότερη Κυρίαρχη λειτουργία του κινητήρα στις 700-1030rpm
ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΑ ΡΟΜΗΣ Π ο σο στό ε πί της δ ιάρκε ιας διαδρο µής (% ) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -2.4:-1.6-1.6:-0.8-0.8:0 0:0.8 0.8:1.6 1.6:2.4 Επιτάχυνση (m/s 2 ) Κυριαρχούν επιβραδύνσεις 0-0.8m/s 2 Χαµηλή ταχύτητα κίνησης, λειτουργία του κινητήρα σε χαµηλά επίπεδα στροφών και κυρίαρχη επιβράδυνση κατά τη διάρκεια της διαδροµής φανερώνουν τη φύση της: Κίνηση εντός πόλεως όπου η κυκλοφοριακή συµφόρηση είναι αναπόφευκτη, µε χαµηλές ταχύτητες και φρενάρισµα
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κατανάλωση Καυσίµου Κατανάλωση Καυσίµου (g/km) 250 200 150 100 50 0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 Ταχύτητα (km/h) Κατανάλω ση Καυσ ίµου (g/s) 3 2 1 0 0:0.8 0.8:1.6 1.6:2.4 Επιτάχυνση (m/s 2 ) Χρήση βιο αυξάνει την κατανάλωση ιδίως σε χαµηλές ταχύτητες και µεγάλες επιταχύνσεις Το εµφανίζει τη µικρότερη κατανάλωση Από τα µίγµατα βιο το 5%κ.ο. βαµβακέλαιο εµφανίζει τη µικρότερη κατανάλωση Κατανάλωση Καυσίµου (l/100km) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 15.58 15.69 14.81 15.24 14.00 Τύπος Καυσίµου
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Εκποµπές Ρύπων / Σωµατίδια αιθάλης Σωµατίδια αιθάλης (g/km) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90- Ταχύτητα (km/h) Σωµατίδια αιθάλης (g/km) 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.29 0.23 0.23 Τύπος Καυσίµου 0.27 0.25 Η χρήση βιο αυξάνει τα εκπεµπόµενα σωµατίδια αιθάλης, εκτός από το 5%κ.ο. βαµβακέλαιο (εκπέµπει τα ίδια κατά µέσο όρο σωµατίδια) Ανεπάρκεια δεδοµένων εκποµπών στην περιοχή των 70-100km/h απαγορεύει την εξαγωγή ασφαλών συµπερασµάτων
NO (g/km) ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Εκποµπές Ρύπων / NO NO (g/km) 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.92 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 0.58 0.81 Τύπος Καυσίµου 0.98 1.09 Ταχύτητα (km/h) Αυξητική τάση των εκποµπών NO µε την αύξηση του ποσοστού βιο στο χρησιµοποιούµενο καύσιµο Αξιοσηµείωτα χαµηλή τιµή εκποµπών NO κατά τη χρήση βιο από βαµβακέλαιο (5 και 10%κ.ο.) συγκριτικά µε το καθαρό συµβατικό Αυξηµένες εκποµπές NO µε τη χρήση ηλιέλαιου συγκριτικά µε το βαµβακέλαιο και το καθαρό συµβατικό
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Εκποµπές Ρύπων / CO CO (g/km) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 Ταχύτητα (km/h) CO (g/km) 8 7 6 5 4 3 2 1 5.67 5.47 5.40 6.35 6.15 Μειωµένες εκποµπές CO για το µίγµα µε 5%κ.ο. βαµβακέλαιο σχεδόν σε όλες τις περιοχές ταχυτήτων Μείωση των εκποµπών CO µε την αύξηση της ταχύτητας για όλα τα καύσιµα 0 Τύπος Καυσίµου Η χρήση βαµβακέλαιου εµφανίζει τις χαµηλότερες εκποµπές - Αύξηση του % ποσοστού του στο µίγµα οδηγεί σε περαιτέρω µείωση των εκποµπών CO
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Εκποµπές Ρύπων / HC HC (g/km) 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 Ταχύτητα(km/h) HC (g/km) 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.054 0.056 0.066 Τύπος Καυσίµου 0.033 0.037 Τάση µείωσης των εκποµπών HC µε αύξηση της ταχύτητας για όλα τα καύσιµα Τα καύσιµα µίγµατα µε βιο ηλιέλαιου παρουσιάζουν µειωµένες εκποµπές HC συγκριτικά µε το και τα µίγµατα βιο από βαµβακέλαιο (το 5%κ.ο. ηλιέλαιο εµφανίζει τις χαµηλότερες) Αυξητική τάση των εκποµπών HC µε το % ποσοστό βιο στο καύσιµο µίγµα
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η χρήση βιο οδηγεί σε αύξηση στην κατανάλωση του καυσίµου της τάξης του 5-10% συγκριτικά µε το καθαρό συµβατικό Το βιο από βαµβακέλαιο εµφανίζει µικρότερη κατανάλωση από αυτό του ηλιέλαιου Η χρήση βιο στο καύσιµο µίγµα οδηγεί σε αύξηση των σωµατιδίων αιθάλης, εκτός από το 5%κ.ο. βαµβακέλαιο, το οποίο εµφανίζει τις ίδιες εκποµπές µε το καθαρό συµβατικό Το βιο από βαµβακέλαιο εκπέµπει τα λιγότερα NO κατά τη χρήση του, ενώ το ηλιέλαιο τα περισσότερα Αυξητική τάση των εκποµπών NO µε την αύξηση του % ποσοστού βιο στο καύσιµο
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το βιο από βαµβακέλαιο εµφανίζει τις χαµηλότερες εκποµπές CO, ενώ το ηλιέλαιο τις υψηλότερες Μειούµενη τάση των εκποµπών CO µε την αύξηση του % ποσοστού βιο στο καύσιµο µίγµα Η χρήση βιο από ηλιέλαιο στο καύσιµο µίγµα οδηγεί σε µείωση των εκπεµπόµενων HC συγκριτικά µε το καθαρό συµβατικό, ενώ το βαµβακέλαιο σε αύξηση Η αύξηση του % ποσοστού βιο στο καύσιµο µίγµα αυξάνει τις εκποµπές HC
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς ευχαριστούν τη ΓΓΕΤ για τη χρηµατοδότηση (Κωδικός Έργου: Ε3)