Megújuló motorhajtóanyagok Dr. Bereczky Ákos
Energia forrás 1,E+19 1,E+18 1,E+17 [kwh] 1,E+16 1,E+15 1,E+14 1,E+13 1,E+12 napsugárzás víz energia biomassza ár-apály szélenergia világ energia fogyasztása Agency/Eurosolar 1998 Emőd - Tölgyesi Zöldy: Alternatív járműhajtások
Biomassza források Mezőgazdaságban keletkezett biomasszából főtermék: 22114 et 47,6 % melléktermék: 24329 et 52,4 % Erdőgazdaságban keletkezett biomasszából főtermék: 6733 et 84,8 % melléktermék: 1209 et 15,2 % Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Megújuló energia hordozók fajták: Szilárd tüzelőanyagok Cseppfolyós tüzelőanyagok Gáz tüzelőanyagok (biomassza forrás) Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Cseppfolyós tüzelőanyagok: Származási hely: növényi eredet állati eredetű zsírok és olajok Energia hordozók szerint: alkoholok olajok, zsírok észterek Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Felhasználási területek: Tüzelés Motorhajtóanyag o nyers forma (pl. bioetanol, nyers(bio)olaj) o o o Egyéb célok vegyi átalakítás után (FAME, FAEE, MTBE, ETBE,...) adalékolva hagyományos hajtóanyaghoz keverve Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Bioalkohol
Bio-alkoholok előnyei belsőégésű motorokban való alkalmazásakor Megújuló energiahordozó Nagy oktánszám Kénmentes Kisebb üzemi hőmérséklet, kevesebb NOx Biológiailag lebomló
Bio-alkoholok hátrányai belsőégésű motorokban való alkalmazásakor Kisebb fajlagos energiatartalom (nagyobb üzemanyagtartály szükséges) Nagy szénhidrogén párolgási emisszió (üzemanyagtartály szellőzés) Üzemanyagrendszer korrózió: (üzemanyag szivattyú, csövek, tartály, nyomásszabályzó) Motor alkatrészek korrózió: (Szelepek, henger persely, gyűrűk) Égéstér kompresszió viszonyának jobb kihasználása Tömítések anyagának öregedése: (csövek, nyomásszabályzó, stb..) Vízfelvételi hajlama nagy Üzemanyag szivattyú problémák: (kis kenőképesség, jobb elektromos vezetés miatti szigetelési problémák)
Bioalkohol előállítása Cukor kivonása és fermentáció Keményítő hidrolízise és fermentáció Cellulóz hidrolízise és fermentáció Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol előállítás Cukorrépából Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol előállítás búzából Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol előállítás búzából Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Motor hajtóanyagok energia mérlege Dr. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Országos igény: Éves benzin fogyasztás Bekeverhetőség Termés átlag Szükséges terület: 2,0 5 3000 63* milliárd liter % l/ha Eha (630 Km2) Fűtőérték egyenértékben számolva! (Magyarország 93000 Km2)
Etanol alkalmazása belsőégésű motorokban Otto motoros alkalmazások: nyers forma: E-10, E-20, E-85, E-100 vegyi átalakítás után: (MTBE) ETBE, (BioETBE)
Az alternatív Otto-motor üzemanyagok összehasonlítása Benzin Iso-octane Bio-methanol Bio-ethanol MTBE ETBE Formula - C8H18 CH3OH C2H5OH (CH3)3COC H3 (CH3)3CO CH2CH3 Molekula tömeg g - 114,3 32 46,1 88,2 90,17 Forrás pont C 20-200 99 65 79 55 72 Relatív sűrűség (víz=1) 0,7-0,8 0,69 0,79 0,8 0,7 0,75 Vapour pressure, kpa on 38 C 45-90 20 C. 5,1 32 15,9 54,7 29,8 Flash point C 21 4,5 12 13-28 N/A Combustion temperature C 230-300 417 464 363 375 N/A Explosion limits, volume % in air 1,3-7,1 1,1-6 5,5-44 3,3-19 1,6-15,1 N/A Heating value MJ/L 35,5 19,5 21,1 24,9 26,1 RON 98 100 120 111 118 115 MON 88 100 89 92 100 120 Sulphur content <150 - <1 <1 <1 <1 Water content - - - <6 - - Stoichiometry [kg/kg] 14,7 15,06 6,45 8,97 11,8 -
Vis c idity [m m 2 /s e c ] 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 Viszkozitási értékek összehasonlítása Gasoline Denszesz Etanol 96% Etanol 80% Bio-etanol 0 10 20 30 40 50 60 70 Temperature [ C]
A motor nyomatéka különböző befecskendezési idők illetve előgyújtások esetén benzin illetve nyersszesz tüzelőanyagoknál
A motor égéstere nyersszeszes mérések előtt és után
Etanol alkalmazása Diesel motorokban (Bio)Etanol-gázolaj keverékek (Bio)Etanol-gázolaj emulziók (Bio) Etanol befecskendezés Kettős tüzelőanyag befecskendezés (Bio)Etanol-biodízel-gázolaj keverékek Emőd - Tölgyesi Zöldy: Alternatív járműhajtások
Öngyulladási hőmérséklet a légfeleslegtényező függvényében (λ). Prof. Bengt Johansson: HCCI- the optimum combustion process for IC engines? ECM-2005
ETBE Izobutén + etanol = ETBE Hátrányok: kisebb a fűtőértéke a benzinnél korlátozott összeférőség szerkezeti anyagokkal vízérzékeny hosszab tárolás esetén peroxidképző hajlam lerakodásokat idéz elő a motorban Dr. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Előnyök: megújuló energia hordozóból származó molekula részt tartalmaz meglévő infrastruktúrában használható ETBE alakjában több etanolt lehet bekeverni a benzinbe nagyobb oktánszám kisebb gőznyomás 15 %-ig nem okoz kopást a tüzelőanyag rendszerben csökkenthető a tüzelőanyag aromás- és olefintartalma Dr. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Növényi eredetű olajok
Olajos növény termelési adatai Repce Napraforgó Szója Átlag termés 2,03 1,69 1,705 t/ha Kinyerhető olaj 430 420 400 l/t Kinyerhető olaj 872,9 709,8 682 l/ha
Olajpréslés és szűrés Olajprés, olajszűrés Repcemag 100,0% Perfil 1,0% Préselmény 59,9% Vízgőz 5,0% Lepény 1,1% Repce olaj 34,9% Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Észterezés
Országos igény: Éves gázolaj fogyasztás Fame üzem Országos bekeverhetőség Termés átlag Olaj kihozatal Terület igény 2,8 150 6,23 2 34 217 milliárd liter et (Komárom) % t/ha % eha (2176 Km2) (Magyarország 93000 Km2)
Olajok fizikai paraméterei Dr. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Előkamrás égéstérű CFR motor
Égéstörvények: gázolaj, repceolaj 70 60 50 dqégés/dφ [J/fok] 40 30 20 10 0 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260-10 φ [fok ] Diesel oil repce_1 repce_2
Kettős tüzelőanyag rendszer Dr. Hancsók J: Korszerű motor- és sugárhajtómű üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Jogi helyzet: T/231. számú törvényjavaslat egyes pénzügyi tárgyú törvények módosításáról; MÁSODIK RÉSZ AZ ÁLTALÁNOS FORGALMI ADÓT ÉRINTŐ MÓDOSÍTÁSOK IV. Fejezet Az általános forgalmi adóról szóló 1992. évi LXXIV. törvény módosítása
63. A Jöt. 57. -ának (1) bekezdése helyébe a következő rendelkezés lép: (1) A kőolaj-finomító adóraktár engedélyese, az ásványolaj-tároló adóraktár engedélyese, a bejegyzett kereskedő és az importáló visszaigényelheti vagy fizetendő adójából levonhatja az 52. (1) bekezdés a) pontjában megjelölt, szabadforgalomba bocsátott motorbenzinben lévő, kizárólag bioetanol alapon gyártott ETBE mennyiségére a (2) bekezdés szerint jutó adót.
64. A Jöt. 57/A. -ának (1) bekezdése helyébe a következő rendelkezés lép: (1) A kőolaj-finomító adóraktár engedélyese, az ásványolaj-tároló adóraktár engedélyese, a bejegyzett kereskedő és az importáló visszaigényelheti vagy fizetendő adójából levonhatja az 52. (1) bekezdés d) pontjában megjelölt, szabadforgalomba bocsátott gázolajban lévő, a Közösségben előállított alapanyagból gyártott biodízel mennyiségére a (2) bekezdés szerint jutó adót.
(2) A Jöt. 58. -a kiegészül a következő (13) bekezdéssel: (13) A kőolaj-finomítóban és a finomítói ásványolajraktárban az E85 előállítása is végezhető ezen adóraktárakra kiadott adóraktári engedély birtokában.
(9) 2008. január 1-jétől a Jöt. 58. -a (1) bekezdésének b) pontjában, illetve a Jöt. e törvénnyel meghatározott 58. -a (1) bekezdésének e) pontjában a bioetanol benzinbe való közvetlen bekeverése szövegrész helyébe a bioetanol benzinbe és a biodízel gázolajba való közvetlen bekeverése szövegrész lép.
..Mindezek alapján a jövedéki adó megfizetése mellett a bioüzemanyagok, mint például a biodízel forgalmazása csak akkor megengedett, ha azt üzemanyagba keverték és annak minősége megfelel a magyar szabvány előírásainak, továbbá a bioüzemanyagok, mint például a tiszta növényi olaj felhasználása csak akkor folytatható, ha azt nem keverték üzemanyagba és az adott motortípushoz alkalmas és a vonatkozó kibocsátási előírások teljesülnek, vagy üzemanyagba keverték és annak minősége a magyar szabvány előírásainak megfelel. Amennyiben a tiszta növényi olaj belsőégésű motorok üzemanyagaként kerül felhasználásra, a jövedéki adót a gázolajhoz rendelt adómérték alapján kell megfizetni. A jövedéki adó kivetését az üzemanyag felhasználása (tankolása) helye szerint illetékes fővámhivataltól kell kérni 39012/109-2005
Biogázok
Biogáz összetételek: \ Biogáz Deponiagáz I Deponiagáz II Szennyvíziszapgáz CH4 58,70% 35,80% 50,60% 61,20% CO2 39,70% 32,90% 37,10% 38,50% O2 1,60% 1,80% 2,60% - egyéb: - H2O + N2 N2 N2 - - 29,50% 9,70% 0,20% H2S 25 ppm - - 1350 ppm
Emőd - Tölgyesi Zöldy: Alternatív járműhajtások
CO 2 tartalom hatása a lamináris lángterjedési sebességre u max (cm/s) 45 40 35 30 25 20 15 10 Chemkin mechanizmussal számolt GRI 3.0 mechanizmussal számolt 5 0 CO 2% 0 20 40 60 80 100
CO 2 tartalom hatása az adiabatikus lánghőmérsékletre Tad,max (K) 2220 Disszoc. modellel számolt Chemkin alappal számolt GRI mechanizmussal 2120 2020 1920 1820 1720 1620 0 10 20 30 40 50 60 70 80 CO 2 %
Relatív villamos teljesítmény és hasznos hő változása, továbbá az összhatásfok és villamos teljesítmény hatásfok változása biogáz esetén a villamos teljesítmény függvényében
Anaerob elgázosító 1. Szilárd biomassza beadagolása 2. Elgázosítás pirolízissel 3. Szűrő kamra 4. Tűztér 5. Hő-cső
Aerob elgázosító feeding throat exhaust gas wood chop aerob fagáz: oxigénes közegben történő elgázosítás - producergáz: levegővel történő elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történő elgázosítás added air or O 2 water refractory steel reactor ash rotated axle wood chop produced gas Gasification with a pilot device at Pannon University
Vízmentes összetételek: Komponens anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz CH 4 (%) 8 5 3 CO 2 (%) 20 5 17 CO (%) 20 20 40 H 2 (%) 38 20 40 N 2 (%) 14 50 0 anaerob fagáz: oxigéntől elzárt közegben történő gázosítás aerob fagáz: oxigénes közegben történő elgázosítás - producergáz: levegővel történő elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történő elgázosítás
Láng képek biogáz szintézisgáz CH 4 =60% CO 2 =40% CH 4 =17% CO =41% H 2 =35% CO 2 =7% anaerob fagáz (magas hőmérsékletű fagáz)
Az adiabatikus lánghőmérséklet a légfelesleg tényező függvényében (298 K, 1 bar) 2300 2200 anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz földgáz Tad [K] 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 λ T ad,max λ=0,91-0,98 a növekvő H 2, CO illetve a csökkenő inert tartalommal T ad,max eltolódik λ <1 felé
A lamináris lángterjedési sebesség a légfelesleg tényező függvényében (298 K, 1 bar) 120 anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz földgáz 100 u [cm/s] 80 60 40 20 u max λ=0,6-0,95 a növekvő H 2 illetve a csökkenő inert tartalommal u max eltolódik λ «1 felé u max eltolódása» T ad,max 0 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 λ
Megnövekedő lángterjedési sebesség hatása