Alternativni Izvori Toplote Alternativna Goriva Motora Sus
1. Tečna i gasovita alternativna goriva Prof. d r Aleksandar Stefanovi ć ALTERNATIVNA GORIVA MOTORA SUS TEHNIČKI ASPEKTI, MOGUĆNOSTI I KORI ŠĆ ENJA
2. - Zašto se uopšte govori o alternativnim gorivima? Svetske utvrđene i predviđene rezerve sirove nafte Trenutno stanje: alternativnim gorivima uglavnom se zanimaju bogate zemlje
3.
4.
5. Tečni naftni gas (TNG; odnosno LPG) Način dobijanja: - de gazolinaža - sporedan proizvod prerade nafte u rafinerijama Sastav: smeša ugljovodonika, pre svega propana (C 3 H 8 , do 31%) i butana (C 4 H 10 , do 65%) i manjih količina ostalih ugljovodonika (C n H 2n+2 , do 4%). Definisana je standardom JUS B.H2.134 (TNG - Propan - butan smeša) Napomena: da se ova vrednost ne može smatrati fiksnom s obzirom na promenljivost sadržaja propana i butana u smeši). Na osnovu iskustva u realnim uslovima eksploatacije ova relacija se kreće u granicama 15 -30%.
6.
7.
8.
9.
10. Prednosti primene TNG u motorima - P rodužen je vek katalizatora zbog manje mogućnosti začepljenj a, pregorevanja ili uništenja sloja plemenitog metala - Produžen je vek trajanja ulja u motoru zbog manjeg razblaživanja ulja, dužeg zadržavanja totalnog baznog broja ulja (zbog manje količina kiselina) i znatno manje taloga u ulju. - Relativno mek rad motora, bez detonacija, pretvara se u opšte poboljšanje radnih uslova ležajeva, radilice i ostalih delova u sistemu, što u krajnjem slu č aju omogućava duži vek motora. - Mogućnost izbijanja požara usled nekontrolisanog isticanja ili curenja je minimizirana, s obzirom na uske granice zapaljivosti
11. Nedostaci - Emisija štetnih izduvnih azotnih oksida (NOx) je nešto veća nego kod benzinskih motora, što se objašnjava višom temperaturom pri sagorevanju, kao posledica homogenije smeše - Ovo gorivo ne spada u grupu obnovljivih goriva, bez obzira što se može dobiti i sintetizovanjem iz uglja, njegovo korišćenje u budućnosti biće dosta ograničeno. - Snaga motora je za oko 10 - 15% niža, u odnosu na snagu sa benzinom kao gorivom, što se objašnjava : manjim koeficijentom punjenja cilindra, kao posledica manje gustine smeše i stoga što je smeša gasa i vazduha toplija nego smeša vazduha i benzina (usled lake isparljivosti benzina isti od vazduha u smeši uzima toplotu). - Zbog niže snage motora, vreme ubzranja automobila je nešto duže (dakle ubzanje je lošije a maksimalna brzina niža za oko 5%. - Upo t reba TNG-a nije preporučljiva kod motora koji imaju nizak stepen kompresije (ispod 8) i kod kojih ventili nemaju stelitnu prevlaku na pečurkama i sedištu ventila (to su u principu svi motori starije generacije i motori sa livenim glavama). - Kod motora sa niskim stepenom kompresije, koji troše premijum benzin, moralo bi da se naknadno podešava predpaljenje kada je gorivo TNG
12. Tabela 1. Poređenje k arakterističn ih fizičk ih veličin a uobičajenih goriva ~14, 5 Uz dimno sagorevanje ~14, 8 15,6 15,8 kg/kg Stehiometrijska količina vazduha 14,6 14,43 14,29 MJ/m 3 Donja toplotna moć stehiometrijske smeše 35,6 32,3 26,5 23,4 MJ/ l Donja toplotna moć 42,5 44 45,46 46,1 MJ/kg Donja toplotna moć - 85-87 89 97 MOB Oktanski broj - 96-98 103 111 ROZ Oktanski broj 150 - 560 30 -225 -0,5 -43 0 C Tačka ključanja 0,003 0,5 - 0,9 2,6 12,1 bar Napon pare na 37,8 0 C 0,81-0,85 0,73 -078 0,584 0,508 kg/ l Gustina na 15 0 C (tečnost) Dizel Benzin Butan Propan Jedinica Karakteristika
13. ZEMNI GAS I METAN Utvrđene svetske rezerve zemnog gasa Procenjene svetske re z erve: dovoljne za narednih 200 -300 godina.
14.
15. Karakteristične fizičke veličine metana 9,52 m 3 vaz / m 3 Stehiometrijska količina vazduha 25,66 MJ/m 3 Donja toplotna moć 35,8 MJ/kg Donja toplotna moć >100 MOB Oktanski broj -182 0 C Tačka ključanja 0,7168 kg/ m 3 Gustina na 15 0 C Metan Jedinica Karakteristika
21. BIOGAS Nastanak i dobijanje: O vaj gas spada u grupu obnovljivih goriva s obzirom da nastaje kao prirodan produkt raspadanja organskih supstanci pod uticajem metanogenih bakterija . Sastav: smeša metana i ugljen dioksida (oko 50% - 70% CH 4 ) uz primese do 6%, kao vodene pare, azota, vodonika i sumporvodonika. J edina vredna goriva supsatnaca je metan, dok se sumporvodonik mora odstraniti kao veoma korozivni gas . Toplotna mo ć biogasa: direktno zavisi od sadržaja metana u njemu, Toplotna moć metana 25,66 MJ/m3 odnosno 35,8 MJ/kg, (toplotna moć biogasa biti jednaka procentualnom učešću metana pomnožena sa toplotnom moći istog) Hd TNG = % (CH4) x 35,8 MJ/kg Hd TNG = % (CH4) x 25,66 MJ/m 3
29. POGODNA MESTA ZA POSTAVLJANJE VISOKOPRITISNIH REZERVOARA NA TRAKTORU Traktor sa pogonom na biogas (boce sa biogasom na krovu) Boce za biogas pod visokim pritiskom na krovu traktora,
32. Slika 7. Rezervoar sa metalnimh id rid o m - Energetski ekvivalent: 15 lit benzina - Zapremina rezervoara : 170 lit - Masa rezervoara: 320 kg - Pritisak: 50 bara - Energetska gustina: za metalni hidrid 0,4 kWh/kg; 0,8 kWh/lit za metilciclohexan 0.56 kWh/kg; 0,37kW/lit -Vreme tankiranja: cca 10 min (za obe vrste) Slika 7. Rezervoar sa metalnimhridam Sa leve strane: Cevovodi za odvodjenje toplote pri tankiranju Sa desne strane: Separatni priključak za dovod vodonika Izgled priključka za tankiranje vodonikom kod rezervoara sa metalnim hidridom - Vodonik koji je u "rezervoaru" hemijski vezan u obliku metalnog hidrida. U cevi sa dvostrukim zidovima (izmenjivač toplote) metalni prah apsorbuje vodonik koji se "uduvava", obrazujući pri tome metalni hidrid ili pak metylcyklohexan - toluol. Pri ovakvoj reakciji osloba đ a se toplota, koja se mora odvesti - najčešće vodom koja struji kroz omotač cevi. Obrnutim procesom - dovodenjem toplote iz metahlidrida oslobada se vodonik u gasnom obliku, te se kao takav može koristiti.
33.
34. Rezervoar pod visokim pritiskom -Energetski ekvivalent: 15 lit benzina -Zapremina rezervoara: 250 lit -Masa rezervoara: 120 kg -Pritisak: 300 bar -Energetska gustina: 1kWh/kg; 0,55 kWh/lit Rezervoari sa vodonikom u gasnom stanju je pod pritiskom od 200 - 300 bar. Osnovna negativnost ovakvog skladištenja - velika masa rezervoara, koja bi se mogla smanjiti primenom kompozitnih materijala. Jedno od pogodnih mesta za smeštaj boca sa vodonikom (na krovu ili ispod poda vozila)
35.
36. Metanol kao alternativno gorivo Metanol se može smatrati obnovljivim energentom, s obzirom da se može dobiti i iz biljaka, vrenjem skroba ili šećera, pored sintetetičkog načina dobijanja iz uglja ili zemnog gasa. Bez obzira na način dobijanja metanola, resursi iz kojih bi se dobijao, prema dosada raspoloživim podacima, su zadovoljavajući. Kao gorivo, po svojim pogonskim karakteristikama i energetskoj gustini (specifičnoj energiji) kWh/kg, slično je klasičnim tečnim gorivima, osim što je metanol otrovan za ljude. Sa aspekta tehničke mogućnosti smatra se da su sva pitanja već rešena, tim pre što i sada zatan broj vozila u nekim držvama koristi ovo gorivo (npr. Brazil sa 60% vozila koja koriste metanol). Medutim u našoj zemlji cena sirovina i proizvodnje metanola trenutno nisu konkurentni ceni klasičnih goriva. Kao i kod ostalih alternativnih goriva iz biljnih sirovina (biljna ulja), smatra se da njihova primena sa aspekta emisije CO2 povoljna, bolje rečeno neutralna na atmosferu, obzirom da je količina CO2 koja se emituje sagorevanjem istih jednaka količini koju biljke apsorbuju iz atmosfere radi ostvarenja fotosinteze.
37.
38.
39. Tabela 3. Uporedne karakteristike nekih alternativnih goriva sa dizelom -8 -5,5 -8 -16 15 0 C Filtrabilnost >60 <40 54 51 41 - Cetanski broj >55 >55 >55 >55 >300 0 C Tačka paljenja 36,2 33,3 32 36,6 343,3 MJ/ l Donja toplotna moć 43,6 37,4 36,4 43,6 37,3 MJ/ kg Donja toplotna moć 4,7 19,8 6,5-9 4,7 70 mm 2 /s Viskoznost na 20 0 C 0,83 0,89 0,86-0,9 0,84 0,92 g/cm 3 Gustina VEBA koncept Smeša Tesol-Nadi Metil ester ulja repice Dizel gorivo Ulje repice Jedinica Karaktristika goriva
40.
41.
42. Tabela 4. Primenljivost biljnih ulja u motorima * Uobičajeni naziv u zemljama EU **Motori sa direktnim ubrizgavanjem modifikovani prema “elsbett” principu ili motori sa vihornom komorom i nadpunjenjem ***Motori sa direktnim ubrizgavanjem i turbo nadpunjenjem, ali sa ograničenjem primene u pogledu dugotrajnosti i vremena rada sa malim opterećenjem Svi motori Svi motori*** Svi motori Specijalni dizel motori** Primena u motoru VEBA koncept goriva Gorivo "Tessol - Nadi" Metilester ulja repice Ulje repice Primer Dizel gorivo na bazi biljnih ulja Mešavina ulja i aditiva Biodizel Prirodni dizel Naturdizel* Naziv Hidrokrekovano ulje Aditivirano ulje Estri biljnih ulja Čisto ulje Vrsta goriva
50. Tabela 5. Uporedne karakteristike baterija za pogon vozila, Tabela 5. 1. Za sve vrste baterija samopražnjenje je u granicama 0,5-1% na dan, osim za visokotemparaturne baterije kod kojih je oko 7% na dan kao energija zagrevanja 2. Vreme punjenja svih baterija pri snazi punjenja od 3,2 kW je oko 7 do 8 sati 300 55-60 55 -10 2 110 250 35 80 Olovo- olovo oksid ? ? 300 270 2,58 110 80 90 67 Natrijum- niklhlorid trend 350 87 330 290 2,08 90 120 70 95 Natrijum sumpor (visoko temperatne baterije) trend 300 65-70 45 -5 1,76 80 72 65 60 Cink - Brom 750 55-60 45 -20 1,35 140 190 48 65 Nikl -kadmijum € % 0 C V W/ lit W/kg Wh/h Wh/kg Cena/kWh za 10 4 sati godišnje Stepen korisnosti Radna temperatura Napon po ćeliji Specifi čna snaga 5 min Specifi čna energija 2 sata pražnjenja Vrsta batetrije
