BiocombustibiliBiocombustibilipentrupentru autovehiculeautovehiculepentrupentru autovehiculeautovehicule

Alexandru Naghiu

Nicolae Burnete

Cecilia Roman

Mircea Chintoanu

Rudolf Diesel Henry Ford

Principale tipuri de Principale tipuri de carburanţi pentru transportcarburanţi pentru transport

Materii prime multiple & alternative

Cărbune

Biomasă

Motoare diesel curate şi extrem de efciente

Autovehicule eficiente şi cu emisii reduse

UE a luat în unanimitate o decizie prin care se va aloca până în anul 2014 minim 3 % din PIB-ul Comunităţii (1/3 din fonduri publice şi 2/3 din fonduri private) pentru cercetare şi implementarea rezultatelor cercetărilor referitoare la energiile reînoibile

Biomasă

Gaz natural

Petrol

Combustibili curaţi

Procesele din cilindru

PROCESUL TEHNOLOGIC DE OBTINEREBIOCOMBUSTIBIL BRUT

MATERII PRIME

Metanol KOH

DOZAREDOZARE DOZARE

DIZOLVARE

KOHAMESTECARE IN

REACTOR

Ulei

TRANSESTERIFICARE TREAPTA I

T= 65°Ccu agitaret= 60 min

SEPARARE GLICERINAfara agitare

TRANSESTERIFICARE TREAPTA II

T= 65°Ccu agitaret= 60 min

GLICERINA BRUTA

SEPARARE GLICERINAfara agitare

BIOCOMBUSTIBIL BRUT

PROCESUL TEHNOLOGIC DE PURIFICAREBIOMOTORINE

Apa potabila CaCl2

PREPARARE

sol H2SO4

H2SO4

DISTILARE METANOLT=90°C

METANOL

RECIRCULARE

NEUTRALIZARE

T=40-50°C cu agitaret=60 min

PREPARARE

sol CaCl2 30%

SPALARE TREAPTA Icu agitare T=40-50°C DOZARE

sol CaCl2

BIOCOMBUSTIBIL BRUT

MATERII PRIME

RECIRCULARE

SEPARARE SOLUTIE DE NEUTRALIZARE

fara agitare T=40-50°C

sol CaCl2

Ape reziduale I

control pH

SEPARARE APA DE SPALARE TREAPTA IIfara agitare T=40-50°C

Ape reziduale II

SPALARE TREAPTA IIcu agitare T=40-50°C

SEPARARE APA DE SPALARE TREAPTA Ifara agitare T=40-50°C

controlpHApe

reziduale IIIcontrol

prezenta SO42+

USCARE

T=40-50°C cu agitaret= 5h

SEPARARE

T=20-40°C fara agitaret= 24hFILTRARE

sol CaCl2REZIDIU SOLID

BIOCOMBUSTIBIL

PROCESUL TEHNOLOGIC DE PURIFICAREGLICERINA

Glicerinabruta

H2SO4Apa

potabila Ca(OH)2 Carbuneactiv Bentonita

ACIDULARE

T=80°C pH=1-1.5

DISTILARE METANOLT=90°C

PREPARARE sol H2SO4 10%

PREPARARE suspensieapoasa de Ca(OH)2

MATERII PRIME

DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE DOZARE

METANOL

Amestec de:

-acizi grasi

-metilesteri

-saruri

SEPARARE FAZE

control pHNEUTRALIZARE

T=80°C agitare moderatat=2 ore

FILTRARESulfat de calciuDECOLORARE

T=80°C cu agitaret=30 min

Carbune + bentonita + impuritati

CONCENTRARE

distilare in vid p=0,1-0,3 torrT=80°C

Sulfat de potasiu

GLICERINA TEHNICA

DOZARE

FILTRARE

FILTRARE

Schema fluxului tehnologic de obtinere a biobenzinelor din sfecla de zahar

EtanolEtanol anhidru: 7400 l/haDensitate: 0,795 kglValoare energetica: 26,8 MJ/kgPuritate: 99,7 % m/mContinut de apa: 0,3 % m/m(maxim)Norma UE: EN 15376

Taierea radacinilor de sfecla in taietei

Difuzie•Extragerea sucului dulce

•Separarea pulpei

Sfecla de zaharProductia: 70 t/ha

Apa: 77 % m/mZahar: 17 % m/mAlte: 4 % m/m

Fermentare•Conversia zaharurilor in alcool•Producerea de alcool la 8...10

% m/m

Distilare•Separarea alcoolului si

decantare•Productia de etanol hidratat

la 95 % m/m

Dehidratare•Rectificarea alcoolului

ACETALIZARE

DISTILARE

FILTRARE

CONCENTRARE

DISTILARE

Glicerina Butiraldehida

Benzen

Apa

Blaz

Amberlyst 15

Benzen

Amberlyst 15

BenzenETAPELE

REACŢIEI DE ACETALIZARE

Amestec hidroxiacetali

AMESTECARE

CARBONATARE

DISTILARE

Amestec carbonaţi acetalici

ETAPELE REACŢIEI DE

CARBONATARE

Hidrura de sodiu

Dietilcarbonat

Etoxid de sodiu Blaz

Continut de esteri metilici, Monogliceride, di-si trigliceride, glicerina libera si totala,Metanol

Densitate, Viscozitate, Punct de inflamabilitate

CABIO – Analize ChimiceBiocarburanti

Continut de sulf

Cifra cetanica, cifra octanica

Continut de apa

Contaminare totala, coroziune pe lama de cupru

CABIO – Analize ChimiceBiocarburanti

Indice de iod, indice de aciditate

Metale alcaline, Fosfor

Putere calorifica

Impactul utilizării biocarburanţilor Impactul utilizării biocarburanţilor asupra emisiilor de COasupra emisiilor de CO22

Consum de carburanţi pentru transport Consum de carburanţi pentru transport raportat 200raportat 2007 7 îînn România: România:

qq totatotal l 5.397.591 t, dt, din care:in care:qq totatotal l 5.397.591 t, dt, din care:in care:

1.696.280 t t –– benzinăbenzină

3.701.311 t t –– motorinămotorină

Alimentare sigură

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească carburanţii

RO

Alimentare sigură

Depozitare şi manipulare sigură

Densitate energetică ridicată

Comptitivitate economică

Poluarea + toxicitate redusă

Impactul evoluţiei Impactul evoluţiei biocarburanţilor asupra mediuluibiocarburanţilor asupra mediului

Impactul utilizării etanolului, Impactul utilizării etanolului, asupra nivelului de poluareasupra nivelului de poluare

Eficienţa energetică a diferitelor Eficienţa energetică a diferitelor tipuri de biocarburanţitipuri de biocarburanţi

Combustibilii de tipul biomotorinelor (ulei pur sau biodiesel) pot fi utilizaţi la alimentarea MAC atât separat, cât şi în amestec cu motorina (în diferite proporţii). Amestecurile dintre combustibilii tip biodiesel şi motorină se notează cu literele BD (în SUA numai B) urmate cifre indicând conţinutul procentual de biodiesel astfel:procentual de biodiesel astfel:qBD100 indică un conţinut de 100 % de biodiesel;qBD20 indică un conţinut de 20 % de biodiesel.

Utilizarea biodiesel-ului

Caracteristicile motorinei şi ale principalelor tipuri de uleiuri vegetale utilizabile pentru producerea de biocombustibili

CombustibilulDensitate la 150 C

[Kg/dm3]

Putere calorică[MJ/kg]

Viscozitatea cinematică

la 200 C[mm2/s]

Cifra cetanică

Punctul de

congelare[0C]

Punctulde

inflamare[0C]

Cifra JodCifra de

saponificare[mg KOH/g]

Motorină 0,84 42,7 4…6 50,0 -15 80Ulei de rapiţă 0,92 37,6 74,0 40,0 -15…-18 317 94…118 167…180Ulei de rapiţă 0,92 37,6 74,0 40,0 -15…-18 317 94…118 167…180Ulei de floarea-soarelui

0,93 37,1 66,0 35,5 -8…-18 316 118…144 186…194

Ulei de soia 0,93 37,1 63,5 38,5 -18…-27 350 114…138 188…195Ulei de in 0,93 37,0 51,0 (52,0) -6…-14 169…192 187…197Ulei de seminţe de bumbac

0,93 36,8 89,4 41,0 320 90…117 189…198

Ulei de ricin 0,91 37,2 71,0 (51,0) -14 340 (103) (138)Ulei de cocos 0,87 35,3 21,7 7…10 246…268Ulei de palmier 0,92 37,0 29,4 7…10 246…268Ulei de sâmbure de palmier

0,92 37,0 29,4 42,0 267 34…61 196…206

Ulei de măsline 0,92 37,8 83,8 7,1 75…90 186…16

Pe baza observaţiilor legate de importanţa compoziţiei acizilor graşi asupra formăriidepozitelor cărbunoase din camera de ardere, Loeffelman şi Auld au introdus în 1985 indiceleFIV (fuel index value) pentru aprecirea pretabilităţii utilizării uleiurilor vegetale ca şicombustibili:

FIV = 1(% acid oleic) + 4(% acid linoleic) + 8(% acid linolenic) + 1,1(% acid eiconsenoic) + 1,2(% acid erucic)

Acidul gras Comportamentul la temperaturi scăzute

Comportamentul la temperaturi ridicate

Stabilitatea oxidativă

Caprilic, C8:0 +/0 + ++

Caprinic, C10:0 +/0 + ++

Lauric, C12:0 0 ++ ++

Miristic, C14:0 - ++ ++

Palmitic, C16:0 - ++ ++

Stearic, C18:0 -- ++ ++

Oleic, C18:1 +/0 + ++

Linoic, C18:2 + - -

Linoleic, C18:3 ++ -- --

Schema legăturilor instalaţiei de alimentare cu biocombustibil a

motorului în cazul sistemelor cu pompă cu distribuitor rotativ

1 – rezervor biocombustibil; 2 – filtru biocombustibil;3 – pompă de alimentare cu biocombustibil; 4 – încălzitorbiocombustibil (schimbător de căldură); 5 – legătura întreîncălzitor şi portul B al electrovalvei de alimentare; 6 –filtrul principal de biocombustibil; 7 – legătura dintreportul B al electrovalvei de retur şi rezervorul debiocombustibil; 8 – legătura dintre portul C alelectrovalvei de retur şi portul A al electrovalvei deelectrovalvei de retur şi portul A al electrovalvei dealimentare; 9 – electrovalva de retur; 10 – element deîncălzire; 11 – injectoare; 12 – sistem de injecţie;13 – legătura dintre portul A al electrovalvei de retur cuintrarea în sistemul de injecţie; 14 – filtru de motorină; 15– electrovalva de alimentare; 16 – legătura dintre filtrulprincipal de biocombustibil şi electrovalva de alimentare;17 – circuitul fluidului de răcire al motorului; 18 –termocontactor; 19 – linia de alimentare cu motorină; 20– rezervor de motorină.

Sistem de alimentare mixt motorină şi biocombustibil

Aparatura necesară pentru funcţionarea dual: motorină/ulei vegetal

Schimbatorul de căldură

Filtrul pentru biocombustibil.

Bloc electrovalve

Kit-ul pentru adaptarea motoarelor diesel la utilizarea biocarburanţilor cu

viscozitate ridicată

Influenţa utilizării biocombustibililor asupra

pistoanelor motorului D-2402;.

Efectul utilizării biocombustibililor asupra arborilor cotiţi, motorul D-2402

40

60

80

100

120MOT

UR

URE

B10

B20

Visc

ozita

tea

cin

emat

ică,

n, m

m2 /

s

0

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100tcomb, 0CVi

scoz

itate

a c

inem

atic

ă,

Variaţia viscozităţii cinematice a biocombustibililor comparativ cu cea a motorinei în funcţie de temperatură

URE

BD80

BD50

BD20Bio

deg

rad

abili

tate

aE

volu

ţia,

CO

2, %

MOT

BD20

Durata, zile

Bio

deg

rad

abili

tate

a

Biodegradabilitatea biocombustibililor în comparaţie cu motorina(testul evoluţiei CO2)

Utilizarea biodieselului în transportul public

Utilizarea biodiesel-ului în agricultură

Utilizarea bioetanolului

Dintre problemele principale care se ridica la utilizarea alcoolilor drept combustibili ca atare in motoarele cu aprindere prin scanteie se pot enumera:►tendinta de reducere a puterii efective la un debit constant de alcooli, ca urmare a puterii calorifice mai reduse a acestora, comparativ cu benzina (la arderea metanolului se degaja o cantitate din energie cu circa 50% mai mica decat in cazul arderii unei cantitàti echivalente de benzina, iar prin arderea etanolului rezulta doar 66% din energia degajata la ardenea benzinei); prezenta oxigenulni in structura moleculara a alcoolilor asigura, pe de alta parte, micsorarea necesanului de oxigen pentru ardere, astfel incat, in ansamblu, puterea calorifica a amestecului combustibil-aer, raportata la volumul de amestec, este putin modificata (metanol necesita cu 44% mai putin aer pentru combustie, comparativ cu benzina, iar etanolul — doar 6l% din aerul necesar arderii benzinei); prin urmare, se poate asigura mentinerea neschimbata a puterii motorului cu o cilindree data, prin marirea corespunzatoare a debitului de combustibil (pentru mentinerea razei de actiune a automobilului trebuie marita, totodata, capacitatea rezervorului de combustibil); .►dificultatea pornirii la rece, determinata de presiunea redusa de vapori la temperaturi joase; in cazul utilizarii alcoolilor puri, pornirea la rece poate fi solutionat prin folosirea de combustibili auxiliari (benzina sau gaz petrolier lichefiat) sau ameliorarea pulverizarii (metanolul necesita pentru vaporizare de 3,7 ori mai multa caldura, iar etanolul —de 2,6 ori, comparativ cu benzina);de 2,6 ori, comparativ cu benzina);►tendinta de inrautatire a vaporizarii in sistemul de admisie la motoarele cu carburator, determinata de valorile ridicate ale caldurilor de vaporizare ale alcoolilor si care necesita reproiectarea sisternului de admisie;►tendinta de crestere a frecventei incidentelor survenite la functionarea motorului la cald ca urmare a formarii dopurilor de vapori si a emisiilor de alcooli (punctele de fierbere ale alcoolilor fiind coborate, cornparativ cu benzina);►calitati defavorabile de ungere, determinate de viscozitatea redusa a alcoolilor si care afecteaza direct cuplurile de frecare,in primul rand la nivelul pompei si in sectiunea de inalta presiune a instalatiei de alimentare;►incompatibilitatea compuilor organici si, indeosebi, a alcoolilor cu uleiul de ungere si cu materiale de tipul elastomerilor, cu care acestia vin in contact nemijlocit; .►coroziunea, determinata de alcooli si, de asemenea, de atacul chimic direct al unor compui specifici, rezultati in cursul arderii;►toxicitatea alcoolilor si, indeosebi, a metanolului; metanolul poate patrunde in organism pe cale respiratorie, digestiva si cutanata, provocand, in general, intoxicatii cu efecte grave, care depind de conditiile expunerii si de susceptibilitatea individuala; concentratia limita de vapori de metanol in atmosfera, admisa la o expunere continua timp de 8 ore pe zi, este de 2600 mg/m3; efecte fiziologice pot, insa, interveni si prin expunere la concentratii de 1,71—1,46 mg Me—OH/m3.

Variaţia concentratiei de bioxid de carbon, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina

(date preliminare)

Variaţia concentratiei de monoxid de carbon, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina

(date preliminare)

Variaţia emisiei de hidrocarburi, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic – benzina

(date preliminare)

Variaţia emisiei de NO, la motorul cu aprindere prin scânteiein cazul utilizarii biobenzinelor, comparativ cu combustibilul clasic - benzina

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

20%

Mo

dif

icar

ea p

roce

ntu

lui

in e

mis

ii

-80%

0 20 40 60 80 100

Procent de biodiesel

PM CO HC NOx

%

Influenţa procentului de ulei vegetal din amestec asupra nivelului emisiilor poluante

Efectul utilizării bioetanolului Efectul utilizării bioetanolului asupra nivelului emisiilor poluanteasupra nivelului emisiilor poluante

1 milion m3 bioetanol

reduce emisiile cu:

1,2 milioane tone SO2

6,95 milioane tone NOx

2,2 milioane tone CO2

Impactul utilizării etanolului, asupra Impactul utilizării etanolului, asupra nivelului de poluarenivelului de poluare