Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23. KORSZERŰ ÜZEMANYAGOK A KULCSKOMPONENSEK Hancsók Jenő MTA doktora, egyetemi tanár
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 2 MOBILITÁS ÉS KÖRNYEZET KUTATÁSI PROJEKT ( Járműipari, energetikai és környezeti kutatások a Közép- és Nyugat-Dunántúli Régióban ) PE/4. KUTATÁSI FŐIRÁNY ( Hozzájárulás /célzott alapkutatások belsőégésű motorok nagy energiatartalmú és környezetbarát üzemanyagainak fejlesztéséhez ) ÖSSZEFOGLALÓ CÉLKITŰZÉS IZOPARAFFINOKBAN DÚS ÜZEMANYAGOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK TUDOMÁNYOS MEGALAPOZÁSA HAGYOMÁNYOS ÉS ALTERNATÍV FORRÁSOKBÓL
A MOBILITÁS ÉS KAPCSOLATRENDSZERE 2035-ig meghajtás kb. 80%-a belsőégésű motorokkal jövedéki adóval terhelt hajtóanyagok Költségvetési bevétel (Magyarország) kb. 620 milliárd Ft jövedéki adó kb. 470 milliárd Ft ÁFA MOBILITÁS Kihívások: - növekvő nyersanyagárak ENERGIA EMBER KÖRNYEZET - felhasználói terhek Válasz: NEMZET- GAZDASÁG önköltség csökkentése Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 3
BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK ÜZEMANYAGAINAK RENDSZERSZEMLÉLETŰ OSZTÁLYOZÁSA A mobilitás tárgyi eszközei Meghajtórendszerek Üzemanyagok Tágabb értelemben Szűkebb értelemben Motorhajtóanyagok Kenőanyagok Egyéb anyagok hűtőközegek oxigénforrás, stb. Motorhajtóanyagok Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 4
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 5 ÜZEMANYAGOK FEJLESZTÉSÉT MEGHATÁROZÓ TÉNYEZŐK KAPCSOLATRENDSZERE KÖRNYEZET- VÉDELEM KÁROS KIBOCSÁTÁSOK KÉSZLETEK FELHASZNÁLÁSA HAJTÓANYAGTAKARÉKOSSÁG FOGYASZTÓI IGÉNYEK KIELÉGÍTÉSE ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG MEGBÍZHATÓSÁG KOMFORT KEVESEBB KARBANTARTÁS ÁLTALÁNOS HAJTÓANYAG-MINŐSÉG KORMÁNYZATI TÖRVÉNYHOZÁS KIS KÖLTSÉGEK MOTORTECHNOLÓGIA TRIBOLÓGIA HAJTÓANYAGTECHNOLÓGIA MOTOROLAJ-TECHNOLÓGIA UTÓÁTALAKÍTÓ KATALIZÁTOROK G É P J Á R M Ű T E C H N O L Ó G I A Hancsók, J., Kasza, T., 8 th International Colloquium Fuels 2011, Németország, Stuttgart/Ostfildern, 2011. január 19-20., 361-373.
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 6 MOTORHAJTÓANYAGOK MINŐSÉGE (Direktívák, szabványok, WWFC, rendeletek) Követelmények Jellemző Motorbenzin Dízelgázolaj kéntartalom, mg/kg (alapanyag: 100-20000 mgs/kg) 10 10 benzoltartalom, V/V% 1,0 ( 0,2)* - aromástartalom, V/V% 35 ( 20)* ( 5-10)* olefintartalom, V/V% 18 ( 10)* - többgyűrűs aromástartalom, % - 8 ( 1)* *tervezet
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 7 KÖVETKEZTETÉSEK BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK NEM KORLÁTOZOTT HAJTÓANYAG-KOMPONENSEI PARAFFIN SZÉNHIDROGÉNEK EZEK LEHETNEK NORMÁL-PARAFFINOK CIKLO-PARAFFINOK IZOPARAFFINOK
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 8 KORLÁTOK CIKLOPARAFFINOK esetén kőolajokban kevés (kis koncentrációban 1 %) előállításuk viszonylag költséges (nincs iparilag bevált technológia)
KORLÁTOK NORMÁL-PARAFFINOK Motorbenzinek esetében: Kis oktánszám 140 Kísérleti oktánszám (KOSZ) 120 100 80 60 40 20 0-20 n-heptán (KOSZ: 0) 2,3-dimetil-bután (KOSZ: 103,5) 2,2,3,-trimetil-bután (KOSZ: 112,1) 2,2,4-trimetil-pentán (KOSZ: 100) n-paraffinok aromások többszörös elágazású izoparaffinok naftének olefinek -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Forráspont, C Hancsók, J.: Korszerű motor és sugárhajtómű üzemanyagok I. Motorbenzinek, Tankönyv, 1997, Veszprémi Egyetemi Kiadó, (ISBN 963 7332 74 X), 219 oldal Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 9
Fagyáspont, C Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 10 KORLÁTOK NORMÁL-PARAFFINOK Gázolajok esetében: Magas fagyáspont CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 CH 3 CH CH 2 CH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 60 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH (CH 2 ) 10 CH 3 CH 3 40 20 0-20 -40-60 DT=59 C DT=48 C DT=44 C -80-100 DT=60 C DT=64 C 12 13 16 18 20 22 Szénatomszám Hancsók, J., Kasza, T., 8 th International Colloquium Fuels 2011, Németország, Stuttgart/Ostfildern, 2011. január 19-20., 361-373.
KÖVETKEZTETÉS I. IZOPARAFFINOK A legnagyobb hidrogéntartalmú cseppfolyós szénhidrogének Nagy energiatartalom (kisebb fogyasztás, kisebb emisszió, készletekkel való takarékosság, fogyasztói költségtakarékosság) Tiszta égés (kisebb károsanyag-kibocsátás) Kis mérgező hatás Megfelelő biolebonthatóság Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 11
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 12 KÖVETKEZTETÉS II. IZOPARAFFINOK KIVÁLÓ ALKALMAZÁSTECHNIKAI TULAJDONSÁGOK (szénatomszám, elágazás száma, helye és nagysága szerint) Többszörösen elágazó nagy oktánszám (98-114) CH 3 CH 3 CH 3 C CH 2 CH CH 3 CH 3 Egyszeresen elágazó a molekula belsejében nagy cetánszám, alacsony fagyáspont CH 3 CH CH 2 CH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 CH 3 Közepesen elágazó kiváló kenőképesség (nagy VI), alacsony folyáspont
KÖVETKEZTETÉS III. IZOPARAFFINOK Cseppfolyós szénhidrogének Legkisebb sűrűség Meglévő logisztika, tapasztalat Biztonságtechnika Legnagyobb térfogat Jelentős nyereség forrása (A cseppfolyós motorhajtóanyagokat és kenőanyagokat térfogategységre vonatkoztatva értékesítik) ÚJ, TUDOMÁNYOS, RENDSZERSZEMLÉLETŰ FELISMERÉS Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 13
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 14 IZOPARAFFINOK HAGYOMÁNYOS NYERSANYAGOKBÓL MOTORBENZINEK DÍZELGÁZOLAJOK N-paraffinok izomerizálása N-paraffinok izomerizálása + Benzoltelítő izomerizálás Aromások hidrogénezése, gyűrűnyitása +H 2 Oligomerizálás + hidrogénezés + Alkilezés +H 2 Oligomerizálás + hidrogénezés 4 Hidrokrakkolás + +H 2
Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz., Boda, L., Holló, A., Kalló, D., Microporous and Mesoporous Materials, 2007, 101(1-2), 148-152. Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz., Boda, L., Holló, A., Kalló, D., Studies in Surface Science and Catalysis 170 B, 2007, 170, 1605-1610. Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 15 IZOPARAFFINOK ALTERNATÍV FORRÁSOKBÓL bioetanol növényolajok biodízelek GENERÁCIÓ első második harmadik negyedik előzőek + kőolaj alapú hajtóanyagok elegyei biogázolajok, biojet (trigliceridek hidrogénezése és izomerizálása) bioetanol lignocellulózból biobutanol biokomponensek molekula-alkotóként biometán (biogáz) szintetikus (bio)benzin és gázolaj szintézisgázból szintetikus benzin és gázolaj (lepárlási bio-olajok hidrokrakkolása) bio-paraffinok cellulózból, szénhidrátból dimetil-éter (DME) (bio)hidrogén szintetikus (bio)metán (bio)metanol (bio)elektromos áram (közvetett módon energiatelepekhez) g-valero-lakton még nem ismertek
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 16 KORSZERŰ MOTOROLAJOK Kiváló minőségű alapolajok (80-85%) Nagyhatékonyságú adalékok
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 17 ALAPOLAJOK SZÉNHIDROGÉNCSOPORTOK JELLEMZŐI Vegyület típusa Jellemzők n-paraffinok i-paraffinok naftének aromások Viszkozitásindex (kenőképesség) nagy (~175) nagy (~155) közepes (70-140) kicsi Dermedéspont nagy (szilárdak) alacsony alacsony alacsony Oxidációs stabilitás jó jó kedvező kicsi Hőstabilitás jó jó kedvező kicsi Pölczmann György, Hancsók Jenő : Production of High Stability Base Oil from Fischer-Tropsch Wax 18th International Colloquium Tribology Industrial and Automotive Lubrication, 2012. január 10-12. Stuttgart Ostfildern, Németország
IZOPARAFFINOK Szénhidrogén szerkezet Viszkozitás -index Fagyáspont Oxidációval szembeni ellenálló képesség Értékrend alapolaj komponensként Normálparaffinok Izoparaffinok nagyon nagy Magas (szilárdak) jó nagyon alacsony nagy közepes jó közepes Izoparaffinok elágazó oldallánccal nagy alacsony jó magas Többszörösen szubsztituált izoparaffinok közepes alacsony jó közepes Hancsók, J., Magyar, S., Holló, A.: Importance of isoparaffins in the crude oil refining industry, Chemical Engineering Transactions, 2007, 11, 41-47. Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 18
IZOPARAFFINDÚS ALAPOLAJOK ELŐÁLLÍTÁSA Kőolaj alapon hidrokrakkolás hidroizomerizálás Alternatív alapanyagokból könnyű olefinek többlépéses oligomerizációja (pl.: PAO) Fischer-Tropsch nehéz paraffinok izomerizáló hidrokrakkolása egyéb, hulladékeredetű alapanyagok izomerizáló hidrogénezése Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2011. január 23. 19
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 20 ÖSSZEGZŐ KÖVETKEZTETÉS BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK ÜZEMANYAGAINAK KULCSKOMPONENSEI AZ IZOPARAFFINOK KIHÍVÁSOK IZOPARAFFINOKBAN DÚS MOTORHAJTÓANYAGOK ÉS MOTOROLAJOK (üzemanyagok előállítása alapanyag- és energiatakarékos módon) KÜLÖNBÖZŐ NYERSANYAGOKBÓL ÚJ KATALITIKUS RENDSZER(EK) FELISMERÉSE ÉS KIFEJLESZTÉSE Reaktánsok (alapanyagok) Reaktor(ok) és belső szerkezetük Katalizátor(ok) Közbenső- és végtermék(ek) HOGYAN? Alapanyag, $$$ T, P ($) Katalizátor 1. Katalizátor 2. Katalizátor 3. Termék, $$$$$$$ ÚJ ÉRTÉK LÉTREHOZÁSA
KORSZERŰ MOTORHAJTÓANYAGOK Környezetbarát, nagy energiatartalmú keverőkomponensek (főleg izoparaffinok) Nagyhatékonyságú adalékok (Elágazó szerkezetű vegyületek is!) H 3 C Molekulatervezés O C O O CHC CH N C O H N N H H N NH 2 CH 2 CH 2 C CH 2 R H Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 21
KORSZERŰ MOTOROLAJOK Környezetbarát, jó kenőképességű (nagy viszkozitásindexű), alacsony folyáspontú alapolajok (80-85%) Nagyhatékonyságú adalékok Viszkozitásindex növelő Folyáspont csökkentő Detergens Diszpergens Kopásgátló Súrlódás csökkentő Oxidációgátló Habzásgátló Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 22
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 23 A RENDSZER MOTORHAJTÓANYAG MOTOROLAJ (KÖLCSÖNHATÁSAI) Motorhajtóanyag Kipufogó szelep Motorhajtóanyag injektor Motorhajtóanyag bejutása a motorolajba Forgattyús ház Dugattyú Motorolaj bejutása az égés térbe Motorolaj
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 24 KÖVETKEZTETÉSEK BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK ( 2035: kb. 80%) KORSZERŰ ÜZEMANYAGAI (HAJTÓANYAGOK + MOTOROLAJOK) KULCSKOMPONENSEI (80-95%) AZ IZOPARAFFINOK HAGYOMÁNYOS ALTERNATÍV NYERSANYAGFORRÁSOK
Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. 25 PE/4. KUTATÁSI FŐIRÁNY MINŐSÍTŐ ADATAI ( Hozzájárulás /célzott alapkutatások belsőégésű motorok nagy energiatartalmú és környezetbarát üzemanyagainak fejlesztéséhez ) Indikátor TELJESÍTMÉNY INDIKÁTOROK Összesített adatok (1-9 alprogram) PE/4. Kutatási főirány, összesen teljesített érték célérték Megvalósításba bevont kutatók, oktatók száma 51 (átlag ¼ munkaidő) 48 Megvalósításba bevont MTA doktorok száma 9 - Közreműködő hallgatók (TDK, diploma, Ph. D., szakmérnök) Kutatási eredmények beépítése az oktatásba 36 29 Folyamatos TDK, diploma, Ph. D., szakmérnöki cselekmény 41 - Cikk és konferencia-kiadvány/referált 58/30 49 Impakt faktor 26,477 - Monográfiák 2 0 Találmányi bejelentés (előkészületben) 3 3
TAMOP-4.2.1/B-09/1/KONV-2010-0003 Mobilitás és környezet Járműipari, energetikai és környezeti kutatások a Közép- és Nyugat-Dunántúli Régióban A projekt a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Nemzeti Fejlesztési Ügynökség www.ujszechenyiterv.gov.hu 06 40 638 638
Mobilitás és Környezet konferencia 2012. 01. 23 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! HASS, ALKOSS, GYARAPÍTS: S A HAZA FÉNYRE DERÜL! (Kölcsey Ferenc: HUSZT, Cseke, 1831. december 29.)
AZ ÜZEMANYAGOK FEJLESZTÉSÉT MEGHATÁROZÓ TÉNYEZŐK KAPCSOLATRENDSZERE KÖRNYEZET- VÉDELEM KÁROS KIBOCSÁTÁSOK KÉSZLETEK FELHASZNÁLÁSA HAJTÓANYAGTAKARÉKOSSÁG FOGYASZTÓI IGÉNYEK KIELÉGÍTÉSE ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG MEGBÍZHATÓSÁG KOMFORT KEVESEBB KARBANTARTÁS ÁLTALÁNOS HAJTÓANYAG-MINŐSÉG KORMÁNYZATI TÖRVÉNYHOZÁS KIS KÖLTSÉGEK MOTOR TRIBOLÓGIA HAJTÓANYAG MOTOROLAJ UTÓÁTALAKÍTÓ KATALIZÁTOR G É P J Á R M Ű T E C H N O L Ó G I A Hancsók Jenő Korszerű Üzemanyagok, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2011. január 23. 28