Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23.
KORSZERŰ ÜZEMANYAGOK „A KULCSKOMPONENSEK” Hancsók Jenő MTA doktora, egyetemi tanár
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
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
2
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 Kihívások: - növekvő nyersanyagárak - felhasználói terhek Válasz: önköltség csökkentése
MOBILITÁS
ENERGIA
EMBER
KÖRNYEZET
NEMZETGAZDASÁG
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 Motorhajtó- Kenőanyagok anyagok
Szűkebb értelemben Egyéb anyagok
Motorhajtóanyagok
•hűtőközegek •oxigénforrás, stb. Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
4
ÜZEMANYAGOK FEJLESZTÉSÉT MEGHATÁROZÓ TÉNYEZŐK KAPCSOLATRENDSZERE KÉSZLETEK FELHASZNÁLÁSA
FOGYASZTÓI IGÉNYEK KIELÉGÍTÉSE
KÖRNYEZETVÉDELEM HAJTÓANYAGTAKARÉKOSSÁG KÁROS KIBOCSÁTÁSOK
MEGBÍZHATÓSÁG
ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG
KOMFORT
KEVESEBB KARBANTARTÁS ÁLTALÁNOS HAJTÓANYAG-MINŐSÉG KORMÁNYZATI TÖRVÉNYHOZÁS
KIS KÖLTSÉGEK
MOTORTECHNOLÓGIA
TRIBOLÓGIA
HAJTÓANYAGTECHNOLÓGIA
MOTOROLAJ-TECHNOLÓGIA
…
…
UTÓÁTALAKÍTÓ KATALIZÁTOROK
… GÉPJÁRMŰTECHNOLÓGIA …
…
…
Hancsók, J., Kasza, T., 8th 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.
5
MOTORHAJTÓANYAGOK MINŐSÉGE (Direktívák, szabványok, WWFC , rendeletek)
Követelmények Jellemző
Motorbenzin
Dízelgázolaj
≤ 10
≤ 10
benzoltartalom, V/V%
≤ 1,0 (≤ 0,2)*
-
aromástartalom, V/V%
≤ 35 (≤ 20)*
(≤ 5-10)*
olefintartalom, V/V%
≤ 18 (≤ 10)*
-
-
≤ 8 (≤ 1)*
kéntartalom, mg/kg (alapanyag: 100-20000 mgS/kg)
többgyűrűs aromástartalom, % *tervezet
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
6
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.
7
KORLÁTOK
CIKLOPARAFFINOK esetén • •
kőolajokban kevés (kis koncentrációban ≤ 1 %) előállításuk viszonylag költséges (nincs iparilag bevált technológia)
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
8
KORLÁTOK NORMÁL-PARAFFINOK Motorbenzinek esetében: Kis oktánszám
Kísérleti oktánszám (KOSZ)
140
aromások
120 100
többszörös elágazású izoparaffinok
80 60
naftének
n-paraffinok 40
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)
20 0
olefinek
-20 -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
KORLÁTOK NORMÁL-PARAFFINOK
Elágazás Gázolajok esetében: Magas fagyáspont nincs 60 2-metil 40 5-metil 20 12 5-metil 13 nincs 0 13 2-metil DT=44°C -20 DT=48°C 13 5-metil -40 DT=59°C 13 5-metil DT=44°C -60 16 nincs DT=48°C -80 16 2-metil DT=60°C DT=64°C 16 5-metil -100 DT=59°C 12 13 16 18 20 22 16 5-metil Szénatomszám 18Hancsók nincs 10 Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23. CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 (CH2)10 CH3 CH3
CH CH2 CH2 (CH2)10 CH3 CH3
CH3 CH2 CH2 CH (CH2)10 CH3
Fagyáspont, °C
CH3
Hancsók, J., Kasza, T., 8th International Colloquium Fuels 2011, Németország, Stuttgart/Ostfildern, 2011. január 19-20., 361-373.
KÖVETKEZTETÉS I. IZOPARAFFINOK
A legnagyobb hidrogéntartalmú cseppfolyós szénhidrogének Nagy energiatartalom
„Tiszta” égés
(kisebb fogyasztás, kisebb emisszió, készletekkel való takarékosság, fogyasztói költségtakarékosság)
(kisebb károsanyag-kibocsátás)
Kis mérgező hatás Megfelelő biolebonthatóság
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
11
KÖVETKEZTETÉS II. IZOPARAFFINOK
KIVÁLÓ ALKALMAZÁSTECHNIKAI TULAJDONSÁGOK (szénatomszám, elágazás száma, helye és nagysága szerint) −Többszörösen elágazó → nagy oktánszám (98-114)
CH3
CH3 CH3 C
CH2 CH
CH3
CH3 −Egyszeresen elágazó a molekula belsejében → nagy cetánszám, alacsony fagyáspont
CH3
CH CH2 CH2 (CH2)10 CH3 CH3
−Közepesen elágazó → kiváló kenőképesség (nagy VI), alacsony folyáspont
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
12
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
IZOPARAFFINOK HAGYOMÁNYOS NYERSANYAGOKBÓL DÍZELGÁZOLAJOK
MOTORBENZINEK •
N-paraffinok izomerizálása
•
N-paraffinok izomerizálása
•
Aromások hidrogénezése, gyűrűnyitása
+
•
Benzoltelítő izomerizálás +H2
•
+H2
Oligomerizálás + hidrogénezés
•
4
+
•
Alkilezés +
Oligomerizálás + hidrogénezés
•
Hidrokrakkolás +H2
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
14
IZOPARAFFINOK ALTERNATÍV FORRÁSOKBÓL GENERÁCIÓ első bioetanol növényolajok
biodízelek
előzőek + kőolaj alapú hajtóanyagok elegyei
második biogázolajok, bioJET (trigliceridek hidrogénezése és izomerizálása) bioetanol lignocellulózból biobutanol biokomponensek molekula-alkotóként biometán (biogáz)
harmadik
negyedik
szintetikus (bio)benzin és gázolaj szintézisgázból
(bio)hidrogén szintetikus (bio)metán
szintetikus benzin és gázolaj (lepárlási bio-olajok hidrokrakkolása)
(bio)metanol
bio-paraffinok cellulózból, szénhidrátból dimetil-éter (DME)
(bio)elektromos áram (közvetett módon energiatelepekhez) g-valero-lakton
még nem ismertek
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
KORSZERŰ MOTOROLAJOK
Kiváló minőségű alapolajok (80-85%)
Nagyhatékonyságú adalékok
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
16
ALAPOLAJOK SZÉNHIDROGÉNCSOPORTOK JELLEMZŐI Vegyület típusa Jellemzők n-paraffinok
i-paraffinok
Viszkozitásindex (kenőképesség) Dermedéspont
naftének
aromások
közepes nagy (~175)
nagy (~155)
kicsi (70-140)
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
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
17
IZOPARAFFINOK
Szénhidrogén szerkezet Normálparaffinok
Viszkozitás -index
Fagyáspont
Oxidációval szembeni ellenálló képesség
nagyon nagy
Magas (szilárdak)
jó
nagyon alacsony
nagy
közepes
jó
közepes
nagy
alacsony
jó
magas
közepes
alacsony
jó
közepes
Értékrend alapolaj komponensként
Izoparaffinok
Izoparaffinok elágazó oldallánccal
Többszörösen szubsztituált izoparaffinok
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
ÖSSZEGZŐ KÖVETKEZTETÉS BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK ÜZEMANYAGAINAK KULCSKOMPONENSEI
AZ IZOPARAFFINOK KIHÍVÁSOK IZOPARAFFINOKBAN DÚS MOTORHAJTÓANYAGOK ÉS MOTOROLAJOK (üzemanyagok előállítása alapanyag- és energiatakarékos módon) KÜLÖNBÖZŐ NYERSANYAGOKBÓL HOGYAN?
ÚJ KATALITIKUS RENDSZER(EK) FELISMERÉSE ÉS KIFEJLESZTÉSE •Reaktánsok (alapanyagok)
Alapanyag, $$$ T, P ($)
•Reaktor(ok) és belső szerkezetük
Katalizátor 1.
•Katalizátor(ok)
Katalizátor 2.
•Közbenső- és végtermék(ek)
Katalizátor 3. Termék, $$$$$$$
ÚJ ÉRTÉK LÉTREHOZÁSA Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
20
KORSZERŰ MOTORHAJTÓANYAGOK
Környezetbarát, nagy energiatartalmú keverőkomponensek (főleg izoparaffinok)
Nagyhatékonyságú adalékok (Elágazó szerkezetű vegyületek is!)
Molekulatervezés H3C O C O
O CH C N CH C
H N
N H
H N
NH2
O CH2 CH2 C CH2 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
A RENDSZER MOTORHAJTÓANYAG ↔ MOTOROLAJ (KÖLCSÖNHATÁSAI) Motorhajtóanyag Kipufogó szelep
Motorhajtóanyag bejutása a motorolajba
Forgattyús ház
Motorhajtóanyag injektor
Dugattyú Motorolaj bejutása az égés térbe
Motorolaj Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
23
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.
24
PE/4. KUTATÁSI FŐIRÁNY MINŐSÍTŐ ADATAI („Hozzájárulás /célzott alapkutatások belsőégésű motorok nagy energiatartalmú és környezetbarát üzemanyagainak fejlesztéséhez”) TELJESÍTMÉNY INDIKÁTOROK Összesített adatok (1-9 alprogram) Indikátor Megvalósításba bevont kutatók, oktatók száma
PE/4. Kutatási főirány, összesen teljesített érték
célérték
51 (átlag ¼ munkaidő)
48
Megvalósításba bevont MTA doktorok száma
9
-
Közreműködő hallgatók (TDK, diploma, Ph. D., szakmérnök)
36
29
Kutatási eredmények beépítése az oktatásba TDK, diploma, Ph. D., szakmérnöki cselekmény
Folyamatos 41
-
Cikk és konferencia-kiadvány/referált
58/30
49
Impakt faktor
26,477
-
Monográfiák
2
0
Találmányi bejelentés (előkészületben)
3
3
Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2012. január 23.
25
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 KÉSZLETEK FELHASZNÁLÁSA
FOGYASZTÓI IGÉNYEK KIELÉGÍTÉSE
KÖRNYEZETVÉDELEM HAJTÓANYAGTAKARÉKOSSÁG KÁROS KIBOCSÁTÁSOK
ÚJRAFELHASZNÁLHATÓSÁG
MEGBÍZHATÓSÁG
KOMFORT
KEVESEBB KARBANTARTÁS ÁLTALÁNOS HAJTÓANYAG-MINŐSÉG KORMÁNYZATI TÖRVÉNYHOZÁS
…
KIS KÖLTSÉGEK
MOTOR
TRIBOLÓGIA
HAJTÓANYAG
MOTOROLAJ
…
…
UTÓÁTALAKÍTÓ KATALIZÁTOR
…
…
…
GÉPJÁRMŰTECHNOLÓGIA Hancsók Jenő – „Korszerű Üzemanyagok”, Mobilitás és környezet konferencia, MTA, 2011. január 23.
28