Transcript Σίνδος, Απρίλιος 2010

ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ
ΚΑΙ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
Μερκούριος Γώγος
Εργαστηριακός Συνεργάτης
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
1. ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ
2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
3. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
4. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
5. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΟΧΗΜΑ ΠΑΛΑΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
2
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
1. ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ
3
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Προβλήματα που αναζητούν λύσεις
• Μείωση αποθεμάτων αργού πετρελαίου
με ταυτόχρονη αύξηση της ζήτησης
 Αύξηση τιμής
• Φαινόμενο του θερμοκηπίου
ενίσχυση από ανθρωπογενείς δραστηριότητες
 εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου
 αποψίλωση δασών
4
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
BP Statistical Review of World Energy June 2007
Εξέλιξη τιμής αργού πετρελαίου
1861 – 2007
5
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Φθηνό πετρέλαιο; - Τέλος!
6
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αύξηση CO2 στην ατμόσφαιρα
Για περίπου 10000 χρόνια η συγκέντρωση του CO2
στην ατμόσφαιρα ήταν σταθερή στα 280 ppm
400
380
CO2 ppm
360
340
320
280
260
1700
1750
1800
1850
1900
1950
2000
2050
έτος
Μετά τη βιομηχανική επανάσταση αυξήθηκε κατά 36%
Τα τελευταία χρόνια αυξάνεται κατά 2ppm ανά έτος
7
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
World Resources Institute, 2007
300
(1/2)
UNEP/GRID-Arendal , 2002
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου
8
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
(2/2)
UNEP/GRID-Arendal , 2002
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου
9
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
http://bioenergy.ornl.gov
Ο κύκλος του άνθρακα
10
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Βιοκαύσιμα
Πλεονεκτήματα
 Μείωση εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα
 Μείωση έντασης φαινομένου θερμοκηπίου
 Ενίσχυση αγροτικού εισοδήματος
 Θέσεις εργασίας
Μειονεκτήματα
 Ανταγωνισμός με είδη διατροφής
 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις
11
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
UNFCCC, 2008
Αλλαγές χρήσεων γης
Η περίπτωση της Βραζιλίας:
Κατανομή εκπομπών GHG σε ισοδύναμο CO2
12
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
13
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παραγωγή βιοαιθανόλης
14
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ενεργειακό ισοζύγιο βιοαιθανόλης
Δημητριακά
Ξύλο
Άχυρα σιταριού
Ζαχαρολότευτλα
Ζαχαροκάλαμο
0
1
2
4
6
8
10
12
Ενεργειακό ισοζύγιο (εκροές/εισροές)
15
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Macedo et al., 2004, USDA, 2001, 2002 & DTI 2003
Καλαμπόκι
Κόστος παραγωγής (2006)
Ζαχαροκάλαμο (Βραζιλία)
Κυτταρίνη
Δημητριακά (Ε.Ε.)
Βενζίνη (χονδρ.)
Συνθετική Βενζίνη (F-T)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Ευρώ ανά λίτρο ισοδύναμης βενζίνης
Παρόν
16
Μέλλον
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Worldwatch Institute, 2006
Καλαμπόκι (Η.Π.Α.)
Εκπομπές GHG βιοαιθανόλης
Ποσοστά μείωσης εκπομπών σε σχέση με την πρώτη ύλη και την ενέργεια
των διεργασιών, σε σύγκριση με τη βενζίνη
19%
28%
52%
Η παραγόμενη από
καλαμπόκι αιθανόλη με τη
μέθοδο wet-mill και ενέργεια
από κάρβουνο έχει μεγαλύτερες
εκπομπές από τη βενζίνη
κατά 4% (EPA, 2007)
78%
Βενζίνη
Πετρέλαιο
17
Καλαμπόκι
Μ.Ο.
σήμερα
Φυσικό
αέριο
Βιομάζα
Ζαχαροκάλαμο
Κυτταρίνη
Βιομάζα
Βιομάζα
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
U.S. DoE, 2007
86%
Παραγωγή βιοαιθανόλης 2007
4%
4%
4%
50%
Η.Π.Α.
18
Βραζιλία
Ε.Ε.
Κίνα
Υπόλ. χώρες
F.O.Licht, 2008
38%
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Παραγωγή βιοαιθανόλης στην Ευρώπη
Καλαμπόκι
8%
Οινοποιία
7%
Δημητριακά
44%
Ζαχαρότευτλα
24%
Κατανομή πρώτων υλών
19
Strube-Dieckman, 2007
Άλλες
17%
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
EurObserv’ER, 2009
Κατανάλωση βιοκαυσίμων στην Ε.Ε. (2008)
20
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
EurObserv’ER, 2009
Οδηγία 2003/30/EC
21
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
3. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
22
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Η αιθανόλη ως καύσιμο Μ.Ε.Κ.
Δεν είναι νέα ιδέα!
1826
Samuel Morey
1860
Nicholas Otto
1896
Henry Ford Quadricycle
1908
Ford Model T
1920
Δεκαετία επικράτησης βενζίνης
1973
Πετρελαϊκή κρίση
1975
Πρόγραμμα "Proálcohol” στη
Βραζιλία
2003
Οδηγία 2003/30/EC προωθεί
τη χρήση βιοκαυσίμων
23
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ιδιότητες αιθανόλης με επίδραση στις Μ.Ε.Κ.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
24
περιεχόμενο οξυγόνο
αριθμός οκτανίου
κατώτερη θερμογόνος δύναμη
διαλυτότητα στο νερό
λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης
λόγος αερίων προϊόντων προς αντιδρώντα
θερμοκρασία και ταχύτητα διάδοσης φλόγας
πτητικότητα
ανάμειξη με βενζίνη
διαβρωτική ικανότητα
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Περιεχόμενο οξυγόνο C2H5OH
Σύνθεση κατά βάρος
Αιθανόλη
Βενζίνη
Diesel
Άνθρακας
52.2%
85-88%
84-87%
Υδρογόνο
13.1%
12-15%
13-16%
Οξυγόνο
34.7%
0
0
 φτωχότερο μίγμα στο θάλαμο καύσης
 καλύτερη καύση (μείωση εκπομπών CO)
Στοιχειομετρική αναλογία αέρα/καυσίμου
25
Βενζίνη
Diesel
Αιθανόλη
E85
14.7
14.6
9.0
9.7
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Αριθμός οκτανίου
150
140
129
130
119
119
120
103
110
100
90
112.5
111
96
92
82
112
99
105.5
111
RON
103
MON
87
(R+M)/2
80
70
MTBE
Αιθανόλη
TAME
ETBE
RFA, 2005
Απλή
αμόλυβδη
 Μεγαλύτερος από τη βενζίνη  μείωση κτυπήματος κινητήρα
 Μεγαλύτερος βαθμός συμπίεσης  αύξηση ισχύος κινητήρα
26
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Κατώτερη θερμογόνος δύναμη
 Μικρότερη σε σχέση με τη βενζίνη
Αιθανόλη: 26750 kJ/kg
Βενζίνη:
43000 kJ/kg
Αιθανόλη
Βενζίνη
περιέχει περίπου
τα 2/3 της ενέργειας της βενζίνης
 λιγότερα km ανά λίτρο
 ανάγκη μεγαλύτερης δεξαμενής καυσίμου
ή συχνότερου ανεφοδιασμού
27
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Brusstar, 2005
Θερμογόνος δύναμη
Στα μίγματα με ποσοστό αιθανόλης έως και 60% η μειωμένη
θερμογόνος δύναμη (κατά 20%) μπορεί να αντισταθμιστεί με
βελτιώσεις του κινητήρα.
28
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό
(1/3)
 μικρή μοριακή μάζα
Αιθανόλη
Βενζίνη
Diesel
46.07 g
100-105 g
200 g περίπου
 ισχυρή πολική ένωση
 100% διαλυτή στο νερό
Η παρουσία μικρής ποσότητας νερού σε
μίγμα βενζίνης/αιθανόλης προκαλεί τον
διαχωρισμό των φάσεων.
29
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό
(2/3)
Tanknology, Inc.
Διαχωρισμός των φάσεων
30
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαλυτότητα στο νερό
15 ºC
31
David Korotney
(3/3)
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επιπτώσεις διαχωρισμού φάσεων
Ο διαχωρισμός των φάσεων των μιγμάτων μπορεί
να έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία πάγου στις
σωληνώσεις του κυκλώματος τροφοδοσίας.
Στα οχήματα εναλλακτικού καυσίμου (FFV), η
παρουσία νερού στο καύσιμο μπορεί να προκαλέσει
δυσλειτουργία του αισθητήρα καυσίμου.
Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται αποτελεσματικά με
τη χρήση χημικών προσθέτων.
32
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης
 πολύ υψηλότερη από τη βενζίνη
Αιθανόλη: 842-930 kJ/kg
Βενζίνη:
330-400 kJ/kg
 αύξηση ισχύος μηχανής
 αύξηση ογκομετρικού βαθμού απόδοσης
 προβλήματα κατά την ψυχρή εκκίνηση
33
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Λόγος αερίων προϊόντων προς αντιδρώντα
 μεγαλύτερη αναλογία H/C
Αιθανόλη:
Βενζίνη:
0.25 w/w
~0.15 w/w
 η αιθανόλη παράγει μεγαλύτερο όγκο
αερίων ανά μονάδα ενέργειας
 αύξηση μέσης πίεσης
 απόδοση 7% μεγαλύτερου έργου (Bailey, 1996)
34
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Θερμοκρασία φλόγας
λίγο μικρότερη από αυτή της βενζίνης
Αιθανόλη: 1930 ºC
Βενζίνη:
1977 ºC
Diesel:
2054 °C
 μεγαλύτερος θερμικός βαθμός απόδοσης
(λόγω μειωμένων απωλειών θερμότητας)
 μείωση εκπομπών NOx
35
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Brusstar & Bakenhus, 2005
Ταχύτητα διάδοσης φλόγας
Η ταχύτητα διάδοσης της φλόγας της αιθανόλης είναι μεγαλύτερη
από τη βενζίνη σε όλο το φάσμα αναλογιών αέρα/καυσίμου
36
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Πτητικότητα
Αιθανόλη
RVP=15-17 kPa
Βενζίνη:
RVP=50-100 kPa
Περιβαλλοντικές
συνέπειες
37
Furey, 1985
Τα μίγματα με
μικρό ποσοστό
αιθανόλης έχουν
μεγαλύτερη
πτητικότητα από
τη βενζίνη
Επίδραση του ποσοστού της αιθανόλης
στην πίεση ατμών κατά Reid
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Πτητικότητα μιγμάτων
 Η μεγάλη πτητικότητα συμβάλλει στη
δημιουργία μεγάλης ποσότητας ατμών με
συνέπεια τη μείωση της παροχής καυσίμου
στον κινητήρα
 Οι επιπτώσεις είναι συνήθως απώλεια
ισχύος, αλλά ακόμη και σταμάτημα του
κινητήρα
38
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Union Oil Company of California
Ανάμειξη με βενζίνη
Αύξηση όγκου μιγμάτων αιθανόλης/βενζίνης:
Ο όγκος του μίγματος είναι μεγαλύτερος από το άθροισμα
των όγκων των δύο υγρών
39
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Απόδοση
(βελτιστοποιημένων κινητήρων)
 Μεγαλύτερο βάρος δεξαμενής και καυσίμου:
1% μείωση μεταφορικής ικανότητας
(transport efficiency)
 Μεγαλύτερος όγκος καυσαερίων:
7% κέρδος σε σχέση με τη βενζίνη,
1% σε σχέση με το Diesel
 Υψηλότερος αριθμός οκτανίων:
6% έως 10% κέρδος σε σχέση με τη βενζίνη
καμία διαφορά με το Diesel
40
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Θερμικός βαθμός απόδοσης
41
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Προβλήματα εκκίνησης (Drivability)
 προβλήματα κατά την ψυχρή εκκίνηση
λόγω της υψηλότερης λανθάνουσας θερμότητας
εξαέρωσης των μιγμάτων αιθανόλης/βενζίνης
 προβλήματα κατά την θερμή εκκίνηση
λόγω της αυξημένης πτητικότητας των μιγμάτων
δημιουργούνται συνθήκες ατμόφραξης
 υπό κανονικές θερμοκρασιακές συνθήκες
η εκκίνηση δεν παρουσιάζει πρόβλημα
42
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Απόδοση κινητήρων αιθανόλης
140%
120%
105.5%
89.3%
95.5%
105.3%
103.2%
106.4%
102.1%
40%
110.0%
60%
103.3%
80%
129.4%
100%
20%
Ισχύς
Ροπή
Ε0
43
Μέγιστη
ταχύτητα
Ε22
Επιτάχυνση
(0~100km/h)
Ε100
Κατανάλωση
(L/100km)
Joseph Jr., 2005
0%
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Σημαντικοί παράμετροι σχεδιασμού

λόγος συμπίεσης
η αύξησή του αυξάνει την οικονομία καυσίμου
τάση για κρουστική καύση & αυξημένες εκπομπές NOx

γεωμετρία θαλάμου καύσης
θέση αναφλεκτήρα, αριθμός βαλβίδων,
τυρβώδης ή ελικοειδής ροή κλπ.

χρονισμός βαλβίδων
μεγαλύτερη επικάλυψη  επιδόσεις σε υψηλές ταχύτητες
μικρότερη επικάλυψη  χαμηλότερες εκπομπές ρελαντί

διαχείριση καυσίμου
ο ψεκασμός του καυσίμου δίνει καλύτερα αποτελέσματα
από το καρμπυρατέρ σε κινητήρες που καίνε αιθανόλη
44
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Κύριες παράμετροι λειτουργίας

λάμδα
μεγαλύτερο λάμδα (συνθήκες φτωχού μίγματος)
καλύτερος θερμικός βαθμός απόδοσης
μειωμένες εκπομπές HC & CO
αυξημένες εκπομπές NOx

προπορεία ανάφλεξης
η επίδραση του χρόνου ανάφλεξης στην κατανάλωση
καυσίμου είναι αντιστρόφως ανάλογη με την επίδραση
στις εκπομπές καυσαερίων

ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR)
η αύξηση της ανακυκλοφορίας μειώνει τις εκπομπές NOx
αλλά αυξάνει τις εκπομπές HC και την κατανάλωση
45
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαβρωτική ικανότητα
(1/2)
Η αιθανόλη είναι πιο διαβρωτική από τη βενζίνη
Υλικά που αλλοιώνονται
Μεταλλικά:
ορείχαλκος (brass Cu-Zn)
αλουμίνιο
επιμολυβδωμένος χάλυβας
Μη μεταλλικά: φυσικό καουτσούκ
πολυουρεθάνη
φελλός
δέρμα
PVC
πολυαμίδια
κάποια πλαστικά
46
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διαβρωτική ικανότητα
(2/2)
Συμβατά υλικά
Μεταλλικά:
ανοδιωμένο αλουμίνιο
χάλυβας & ανοξείδωτος χάλυβας
σίδηρος
μπρούντζος (bronze Cu – Sn)
Μη μεταλλικά: πολυμερείς ενώσεις
νεοπρένιο
υαλονήματα
θερμοπλαστικά
πολυπροπυλένιο
teflon
47
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Joseph Jr., 2005
Απαραίτητες τροποποιήσεις κινητήρων Otto
Μη απαραίτητες
48
Πιθανώς απαραίτητες
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
49
Orbital Australia PTY Ltd., 2007
1.6L mpi 4spd Automatic 1997
85 060 km
1.3L mpi 3spd Autom. 1996
125 811 km
Επικαθήσεις
(1/2)
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
(2/2)
Orbital Australia PTY Ltd., 2007
Επικαθήσεις
1997 Toyota Hilux 2.4L Carburetor
115 418 km
50
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Orbital Australia PTY Ltd., 2007
Επιπτώσεις στο σύστημα τροφοδοσίας
1997 Toyota Hilux 2.4L Carburetor [115 418 km]
Φίλτρο καυσίμου μετά από χρήση E5 για 20000 km και E10 για 10000 km
51
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εκπομπή καυσαερίων
(1/2)
Οριοθετημένοι από τη νομοθεσία ρύποι

CO


HC


NOx


PM

Αέριο θερμοκηπίου

52
CO2

Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εκπομπή καυσαερίων
(2/2)
Μη οριοθετημένοι από τη νομοθεσία ρύποι

methanol & ethanol


formaldehyde


acetaldehyde


methyl & ethyl nitrite 

benzene


toluene

53
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εκπομπές λόγω εξάτμισης (αναθυμιάσεις)
5%
27%
68%
Καυσαέρια
Αναθυμιάσεις
Ανεφοδιασμός
Μίγματα αιθανόλης/βενζίνης:
• Αύξηση εκπομπών VOC λόγω μεγαλύτερης τάσης ατμών
• Αυξημένη διαπερατότητα λόγου μικρότερου μεγέθους μορίου
• Commingling effect
54
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Brusstar & Bakenhus, 2005
Κατανομή εκπομπών
πτητικών οργανικών ενώσεων
βενζινοκίνητων οχημάτων
στη Δυτική Ευρώπη
Αγώνες ταχύτητας
Team Nasamax
Le Mans 2004
Ethanol Hemelgarn Racing Team
2005 Indy Car series
55
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
56
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
4. ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ
57
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ιδιότητες μιγμάτων αιθανόλης/Diesel
 σταθερότητα μιγμάτων
κάτω των 10 °C τα δύο καύσιμα διαχωρίζονται
 ιξώδες και λιπαντική ικανότητα
χαμηλότερο ιξώδες και μειωμένη λιπαντική ικανότητα
 κατώτερη θερμογόνος δύναμη
χαμηλότερη (μειώνεται 2% ανά 5% vol αιθανόλης)
 αριθμός κετανίου
μικρότερος (καθυστέρηση στην ανάφλεξη)
 συμβατότητα υλικών
Ανάγκη χρήσης βελτιωτικών προσθέτων
58
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επιπτώσεις μιγμάτων αιθανόλης/Diesel
• μείωση ισχύος σε σχέση με το Diesel
μικρότερη κατώτερη θερμογόνος δύναμη
αυξημένες διαρροές λόγω χαμηλότερου ιξώδους
• αύξηση κατανάλωσης
4-5% (Hansen et al., 2001)
• φθορά κινητήρα
10% ΕtOH φυσιολογική φθορά
15% EtOH μη φυσιολογική φθορά στους εγχυτήρες
Το ποσοστό της αιθανόλης πρέπει να περιοριστεί
κάτω του 10% (UIUC, 2000)
59
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επιπτώσεις στα καυσαέρια
• εκπομπές PM 
E10-Diesel: 73-80% σε σχέση με το Diesel
• εκπομπές NOx 
E10-Diesel: 96-100% σε σχέση με το Diesel
• εκπομπές CO 
E10-Diesel: 80-160% σε σχέση με το Diesel
• εκπομπές HC 
E10-Diesel: 171-200% σε σχέση με το Diesel
60
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Τάση ανάφλεξης
Diesel
E-Diesel
Αιθανόλη
Μεθανόλη
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
ο
Θερμοκρασία C
120
140
160
NREL, 2003
Βενζίνη
Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος οι ατμοί του ρεζερβουάρ που
περιέχει E-Diesel είναι εύφλεκτοι ή εκρηκτικοί
Αλλαγή κατηγορίας από Class II (καύσιμο) σε Class I (εύφλεκτο)
61
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Η θέση της αυτοκινητοβιομηχανίας
Οι κατασκευαστές δεν υποστηρίζουν τη χρήση αιθανόλης σε καμία
κατηγορία Diesel μέχρι να διευθετηθούν οριστικά, μέσω περαιτέρω
έρευνας, τα θέματα που αφορούν στην ασφάλεια, την απόδοση και
την υγεία (WWFC, 2006).
62
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΟΧΗΜΑΤΩΝ
5. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ
ΣΕ ΟΧΗΜΑ ΠΑΛΑΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
63
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εργαστηριακές μετρήσεις
Τοποθεσία:
ΤΕΙ Θεσ/νίκης, Τμήμα Οχημάτων, Εργαστήριο ΜΕΚ II
Όχημα:
Ford Escort 1.3 L με καρμπυρατέρ χωρίς καταλύτη
Χρησιμοποιηθέντα καύσιμα:
Βενζίνη LRP (E0), E10, E20 & E50
Δυναμοπέδη κυλίνδρων:
Ροπή
Ισχύς
Στροφές
Ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία αέρα
Αναλυτής καυσαερίων:
Διοξείδιο του άνθρακα (CO2)
Μονοξείδιο του άνθρακα (CO)
Υδρογονάνθρακες (HC)
Οξυγόνο (O2)
Οξείδια του αζώτου (NOx)
Ζυγός ακριβείας:
Κατανάλωση καυσίμου
Υπολογιζόμενα μεγέθη:
Μέση πίεση θαλάμου καύσης
Λάμδα (λ)
Ειδική κατανάλωση
64
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Εξοπλισμός εργαστηρίου
65
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ροπή
Αποτελέσματα
4° BTDC
100
80
60
Nm
E0
+6.3%
E10
40
E20
E50
+6.5%
-3.9%
20
0
66
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση προπορείας στη ροπή (Ε20)
67
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ισχύς
4° BTDC
30
25
20
Kw
E0
15
E10
E20
10
E50
5
0
68
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση προπορείας στην ισχύ
69
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Μέση πίεση
70
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Κατανάλωση καυσίμου
71
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ειδική κατανάλωση καυσίμου
4° BTDC
0.50
kg/kWh
0.45
E0
0.40
E10
E20
-9.1%
E50
0.35
0.30
72
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Μονοξείδιο του άνθρακα
4° BTDC
12.0
10.0
CO [%vol]
8.0
E0
6.0
E10
E20
4.0
E50
2.0
0.0
73
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Μονοξείδιο του άνθρακα
-91%
-44%
-29%
74
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Διοξείδιο του άνθρακα
4° BTDC
20.0
CO2 [%vol]
15.0
E0
10.0
+19%
E10
E20
E50
5.0
+28%
+52%
0.0
75
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συσχέτιση CO και CO2
76
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Υδρογονάνθρακες
4° BTDC
300
250
HC [ppm]
200
E0
150
-17%
E10
E20
100
E50
-26%
-55%
50
0
77
2η ταχύτητα
3η ταχύτητα
4η ταχύτητα
30km/h @2070rpm
50 km/h @2320rpm
90 km/h @3100rpm
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Υδρογονάνθρακες
-55%
-26%
-17%
78
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Οξείδια του αζώτου
+1160%
+307%
+198%
79
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Λάμδα
LAMBDA vs ETHANOL PERCENTAGE
1.100
1.000
λ
30 km/h
0.900
50 km/h
90 km/h
0.800
0.700
E0
80
E10
E20
E30
E40
E50
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συσχέτιση λ - εκπομπών NOx & HC
LAMBDA INFLUENCE ON HC and NO x EMISSIONS
300
2500
250
2000
1500
150
1000
NOx [ppm]
HC [ppm]
200
HC
NOx
100
500
50
0
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
0
1.100
λ
81
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συσχέτιση λ - εκπομπών CO & CO2
LAMBDA EFFECT ON CO, CO 2 and O2 EMISSIONS
16.0
1.20
14.0
1.00
0.80
10.0
8.0
0.60
6.0
O 2 [%]
CO & CO 2 [%]
12.0
CO2
CO
O2
0.40
4.0
0.20
2.0
0.0
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
0.00
1.100
λ
82
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στη μέση πίεση
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE
ON COMBUSTION CHAMBER PRESSURE
900
850
0°
4°
kPa
800
12°
750
700
650
600
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
83
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στη ροπή
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE ON TORQUE
100
0°
4°
80
12°
70
Bosch, 2007
TORQUE Nm
90
60
50
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
84
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στην ειδική κατανάλωση
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE
ON SPECIFIC FUEL CONSUMPTION
0.50
kg/kWh
0.48
0.46
0°
0.44
4°
0.42
12°
0.40
0.38
Bosch, 2007
0.36
0.34
0.32
0.30
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
85
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στις εκπομπές CO
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE ON CO EMISSIONS
10
8
0°
7
4°
6
12°
5
Bosch, 2007
CO % vol
9
4
3
2
1
0
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
86
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στις εκπομπές HC
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE ON HC EMISSIONS
350
300
0°
4°
12°
200
150
Bosch, 2007
HC ppm
250
100
50
0
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
87
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Επίδραση λ και αβάνς στις εκπομπές NOx
LAMBDA & IGNITION TIMING INFLUENCE ON NO x EMISSIONS
4000
3500
0°
NO x ppm
3000
4°
2500
12°
2000
1500
Bosch, 2007
1000
500
0
0.700
0.750
0.800
0.850
0.900
0.950
1.000
1.050
1.100
λ
88
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συμπεράσματα
(1/3)
 Η προσθήκη αιθανόλης στη βενζίνη οδηγεί στη λειτουργία του
κινητήρα με φτωχότερο μίγμα, λόγω του οξυγόνου που περιέχει.
 Η αύξηση της μέσης πίεσης στο θάλαμο καύσης, κυρίως λόγω
της κατά πολύ μεγαλύτερης λανθάνουσας θερμότητας εξαέρωσης
της αιθανόλης, μπορεί να αντισταθμίσει τη μείωση της κατώτερης
θερμογόνου δυνάμεως στα μίγματα με χαμηλή περιεκτικότητα σε
αιθανόλη, ακόμη και αν μείνει ανεκμετάλλευτο το πλεονέκτημα
του μεγαλύτερου αριθμού οκτανίου.
 Η καλύτερη καύση, λόγω «φτωχού» μίγματος, έχει σαν
αποτέλεσμα τη μείωση των εκπομπών CO και ακαύστων HC
αλλά ταυτόχρονα την αύξηση των εκπομπών CO2 και NOx. Η
αύξηση των εκπομπών CO2 στην εξάτμιση δεν πρέπει να μας
ανησυχεί γιατί αφενός δεν είναι τοξικό και αφετέρου η θεώρηση
για τις επιπτώσεις στο φαινόμενο του θερμοκηπίου πρέπει να
γίνει στον συνολικό κύκλο ζωής του καυσίμου.
89
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συμπεράσματα
(2/3)
Στην εργοστασιακή ρύθμιση του αβάνς (4° BTDC) η έρευνα έδειξε:
 αύξηση ροπής και ισχύος κατά 6% με τα καύσιμα Ε10 και Ε20
και μείωση κατά 4% με το Ε50
 τάση μείωσης της κατανάλωσης καυσίμου
 πολύ μεγάλη μείωση των εκπομπών CO
κατά 29% (Ε10), 44% (Ε20) & 91% (Ε50)
 μεγάλη μείωση των εκπομπών ακαύστων HC
κατά 17% (Ε10), 26% (Ε20) & 55% (Ε50)
 αύξηση των εκπομπών CO2
 πολύ μεγάλη αύξηση των εκπομπών NOx
κατά 198% (E10), 307% (E20) και 1160% (Ε50)
90
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Συμπεράσματα
(3/3)
Η αλλαγή της προπορείας έναυσης στα μίγματα αιθανόλης/βενζίνης
Ε10, Ε20 και Ε50 είχε τις ίδιες επιπτώσεις με τη βενζίνη αναφοράς.
Με την αύξηση της προπορείας έναυσης καταγράφηκε:
- αύξηση της μέσης πίεσης, της ροπής και της ισχύος
- μείωση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου
- αύξηση των εκπομπών HC και NOx.
Από τα τρία μίγματα που μελετήθηκαν, το E20 παρουσίασε τα
καλύτερα αποτελέσματα από πλευράς επιδόσεων του κινητήρα, με
μειωμένες εκπομπές CO και HC αλλά αυξημένες εκπομπές NOx.
91
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ανακοινώσεις · Δημοσιεύσεις · Συνεντεύξεις
Εφημερίδα «Μακεδονία». Πείραμα του ΤΕΙΘ: Αυτοκίνητα που καίνε αλκοόλ.
23 Σεπτεμβρίου 2007.
Triandafyllis, John & Merkouris Gogos. The effects of ethanol on internal combustion
engines. In Green Fuels CD “CarEcology” New Technological and Ecological
Standards in Automotive Engineering. Thessaloniki, October 2007.
TV100. Ρεπορτάζ. 18 Οκτωβρίου 2007.
Γώγος Μ., Τριανταφύλλης Ι. και Ξένος Δ. Επιπτώσεις χρήσης αιθανόλης σε οχήματα
συμβατικής τεχνολογίας. 3ο Περιβαλλοντικό Συνέδριο Μακεδονίας,
Θεσσαλονίκη, 14-17 Μαρτίου 2008.
Gogos, Merkourios, Dimitrios Savvidis, John Triandafyllis. Study of the effects of
ethanol use on a Ford Escort fitted with an old technology engine. SAE 2008-01-2608
Commercial Vehicle Engineering Congress. Chicago, IL, USA, October 2008
Gogos, Merkourios & John Triandafyllis. Ignition timing influence on an old technology
vehicle fuelled with ethanol/petrol blends. Balkan Collaboration: The must for better life
and environment in S.E. Europe, Balkan Environmental Association International
Conference, Florina, 6-9 November 2008.
92
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010
Ευχαριστώ για την προσοχή σας!
93
Εργαστήριο Μ.Ε.Κ. ΙΙ
Σίνδος, Απρίλιος 2010