Megújuló motorhajtóanyagok Dr. Bereczky Ákos
Energia forrás 1,E+19 1,E+18
[kWh]
1,E+17 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
Em d - Tölgyesi – Zöldy: Alternatív járm)hajtások
Biomassza források Mez gazdaságban keletkezett biomasszából f termék: 22114 eT 47,6 % melléktermék: 24329 eT 52,4 % Erd gazdaságban keletkezett biomasszából f termék: 6733 eT 84,8 % melléktermék: 1209 eT 15,2 % Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Megújuló energia hordozók fajták:
• Szilárd tüzel anyagok • Cseppfolyós tüzel anyagok • Gáz tüzel anyagok (biomassza forrás) Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Cseppfolyós tüzel anyagok: • Származási hely: növényi eredet állati eredet) zsírok és olajok
• Energia hordozók szerint: alkoholok olajok, zsírok észterek Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Felhasználási területek: Tüzelés Motorhajtóanyag o o o o
nyers forma (pl. bioetanol, nyers(bio)olaj) vegyi átalakítás után (FAME, FAEE, MTBE, ETBE,....) adalékolva hagyományos hajtóanyaghoz keverve
Egyéb célok
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Bioalkohol
Bio-alkoholok el nyei bels égés) motorokban való alkalmazásakor • • • • •
Megújuló energiahordozó Nagy oktánszám Kénmentes Kisebb üzemi h mérséklet, kevesebb NOx Biológiailag lebomló
Bio-alkoholok hátrányai bels égés) motorokban való alkalmazásakor • Kisebb fajlagos energiatartalom (nagyobb üzemanyagtartály szükséges)
• Nagy szénhidrogén párolgási emisszió
(üzemanyagtartály
szell zés)
• Üzemanyagrendszer korrózió: (üzemanyag szivattyú, csövek, tartály, nyomásszabályzó)
• • • • •
Motor alkatrészek korrózió: (Szelepek, henger persely, gy)r)k) Égéstér kompresszió viszonyának jobb kihasználása Tömítések anyagának öregedése: (csövek, nyomásszabályzó, stb..) Vízfelvételi hajlama nagy Üzemanyag szivattyú problémák: (kis ken képesség, jobb elektromos vezetés miatti szigetelési problémák)
Bioalkohol el állítása • Cukor kivonása és fermentáció • Keményít hidrolízise és fermentáció • Cellulóz hidrolízise és fermentáció
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol el állítás Cukorrépából
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol el állítás búzából
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Alkohol el állítás búzából
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Motor hajtóanyagok energia mérlege
Dr. Hancsók J: Korszer) motor- és sugárhajtóm) üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Országos igény:
•
Éves benzin fogyasztás
2,0
milliárd liter
Bekeverhet0ség
5
%
Termés átlag
3000
l/ha
Szükséges terület:
63*
Eha (630 Km2)
F/t0érték egyenértékben számolva ! (Magyarország 93000 Km2)
Etanol alkalmazása bels égés) 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
-
C8H18
CH3OH
C2H5OH
(CH3)3COC H3
(CH3)3CO CH2CH3
-
114,3
32
46,1
88,2
90,17
Forrás pont °C
20-200
99
65
79
55
72
Relatív sArAség (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
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
19,5
21,1
24,9
26,1
Formula Molekula tömeg g
Flash point °C
Heating value MJ/L
35,5
RON
98
100
120
111
118
115
MON
88
100
89
92
100
120
<150
-
<1
<1
<1
<1
-
-
-
<6
-
-
14,7
15,06
6,45
8,97
11,8
-
Sulphur content Water content Stoichiometry [kg/kg]
Vis c idity [m m 2/s e c ]
Viszkozitási értékek összehasonlítása 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0
Gasoline Denszesz Etanol 96% Etanol 80% Bio-etanol
0
10
20
30
40
Temperature [°C]
50
60
70
A motor nyomatéka különböz befecskendezési id k illetve el gyújtások esetén benzin illetve nyersszesz tüzel anyagoknál
A motor égéstere nyersszeszes mérések el tt és után
Etanol alkalmazása Diesel motorokban • (Bio)Etanol-gázolaj keverékek • (Bio)Etanol-gázolaj emulziók • (Bio) Etanol befecskendezés • Kett s tüzel anyag befecskendezés • (Bio)Etanol-biodízel-gázolaj keverékek
Em d - Tölgyesi – Zöldy: Alternatív járm)hajtások
Öngyulladási h mérséklet a légfeleslegtényez függvényében ( ).
Prof. Bengt Johansson: HCCI- the optimum combustion process for IC engines? ECM-2005
ETBE Izobutén + etanol = ETBE Hátrányok: • kisebb a f)t értéke a benzinnél • korlátozott összefér ség szerkezeti anyagokkal • vízérzékeny • hosszab tárolás esetén peroxidképz hajlam • lerakodásokat idéz el a motorban
Dr. Hancsók J: Korszer) motor- és sugárhajtóm) üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
El nyök: • megújuló energia hordozóból származó molekula részt tartalmaz • meglév infrastruktúrában használható • ETBE alakjában több etanolt lehet bekeverni a benzinbe • nagyobb oktánszám • kisebb g znyomás • 15 %-ig nem okoz kopást a tüzel anyag rendszerben • csökkenthet a tüzel anyag aromás- és olefintartalma
Dr. Hancsók J: Korszer) motor- és sugárhajtóm) üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Növényi eredet) olajok
Olajos növény termelési adatai Repce Napraforgó
Szója
Átlag termés
2,03
1,69
1,705 t/ha
Kinyerhet0 olaj
430
420
400
l/t
Kinyerhet0 olaj
872,9 709,8
682
l/ha
Olajpréslés és sz)rés Olajprés, olajsz rés Repcemag Perfil Préselmény Vízg0z Lepény Repce olaj
100,0% 1,0% 59,9% 5,0% 1,1% 34,9%
Energiagazdálkodási Kézikönyv: a biomassza energetikai hasznosítása
Észterezés
Országos igény: Éves gázolaj fogyasztás
2,8 milliárd liter
Fame üzem
150 eT (Komárom)
Országos bekeverhet0ség
6,23 %
Termés átlag Olaj kihozatal Terület igény
(Magyarország 93000 Km2)
2 t/ha 34 % 217 eha (2176 Km2)
Olajok fizikai paraméterei
Dr. Hancsók J: Korszer) motor- és sugárhajtóm) üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
El kamrás égéstér) CFR motor
Égéstörvények: gázolaj, repceolaj 70 60
dQégés/d [J/fok]
50 40 30 20 10 0 140
150
160
170
180
190
200
210
220
-10 [fok ] Diesel oil
repce_1
repce_2
230
240
250
260
Kett s tüzel anyag rendszer
Dr. Hancsók J: Korszer) motor- és sugárhajtóm) üzemanyagok III. alternatív motorhajtóanyagok
Jogi helyzet: T/231. számú törvényjavaslat egyes pénzügyi tárgyú törvények módosításáról; MÁSODIK RÉSZ AZ ÁLTALÁNOS FORGALMI ADÓT ÉRINTT MÓDOSÍTÁSOK IV. Fejezet Az általános forgalmi adóról szóló 1992. évi LXXIV. törvény módosítása
63. § A Jöt. 57. §-ának (1) bekezdése helyébe a következ rendelkezés lép: „(1) A k olaj-finomító adóraktár engedélyese, az ásványolaj-tároló adóraktár engedélyese, a bejegyzett keresked és az importáló visszaigényelheti vagy fizetend adójából levonhatja az 52. § (1) bekezdés a) pontjában megjelölt, szabadforgalomba bocsátott motorbenzinben lév , kizárólag bioetanol alapon gyártott ETBE mennyiségére a (2) bekezdés szerint jutó adót.”
• 64. § A Jöt. 57/A. §-ának (1) bekezdése helyébe a következ rendelkezés lép: • „(1) A k olaj-finomító adóraktár engedélyese, az ásványolaj-tároló adóraktár engedélyese, a bejegyzett keresked és az importáló visszaigényelheti vagy fizetend adójából levonhatja az 52. § (1) bekezdés d) pontjában megjelölt, szabadforgalomba bocsátott gázolajban lév , a Közösségben el állított alapanyagból gyártott biodízel mennyiségére a (2) bekezdés szerint jutó adót.”
• (2) A Jöt. 58. §-a kiegészül a következ (13) bekezdéssel: • „(13) A k olaj-finomítóban és a finomítói ásványolajraktárban az E85 el állítása is végezhet ezen adóraktárakra kiadott adóraktári engedély birtokában.”
• (9) 2008. január 1-jét l 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 min sége megfelel a magyar szabvány el írásainak, 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 el írások teljesülnek, vagy üzemanyagba keverték és annak min sége a magyar szabvány el írásainak megfelel. Amennyiben a tiszta növényi olaj bels égés) 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 f vámhivataltól kell kérni 39012/109-2005
Biogázok
Biogáz összetételek: Deponiagáz I Deponiagáz II
Szennyvíziszapgáz
\
Biogáz
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
Em d - Tölgyesi – Zöldy: Alternatív járm)hajtások
CO2 tartalom hatása a lamináris lángterjedési sebességre u max (cm/s) 45 40 35 30
Chemkin mechanizmussal számolt GRI 3.0 mechanizmussal számolt
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
CO 2%
CO2 tartalom hatása az adiabatikus lángh mérsékletre Tad,max (K)
Disszoc. modellel számolt Chemkin alappal számolt GRI mechanizmussal
2220
2120
2020
1920
1820
1720
1620 0
10
20
30
40
50
60
70
80
CO 2 %
Relatív villamos teljesítmény és hasznos h 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. Sz)r kamra 4. T)ztér 5. H -cs
Aerob elgázosító
exhaust gas
feeding throat wood chop
aerob fagáz: oxigénes közegben történ elgázosítás - producergáz: leveg vel történ elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történ elgázosítás
added air or O2 rotated axle water wood chop
refractory steel reactor ash
produced gas
„Gasification with a pilot device at Pannon University”
Vízmentes összetételek: Komponens
anaerob fagáz
producer gáz
szintézisgáz
CH4 (%)
8
5
3
CO2 (%)
20
5
17
CO (%)
20
20
40
H2 (%)
38
20
40
N2 (%)
14
50
0
• anaerob fagáz: oxigént l elzárt közegben történ gázosítás • aerob fagáz: oxigénes közegben történ elgázosítás - producergáz: leveg vel történ elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történ elgázosítás
Láng képek biogáz szintézisgáz
CH4=60% CO2=40%
CH4=17% CO =41% H2=35% CO2=7%
anaerob fagáz (magas h mérséklet) fagáz)
Az adiabatikus lángh mérséklet a légfelesleg tényez függvényében (298 K, 1 bar) anaerob fagáz
producer gáz
szintézisgáz
földgáz
2300 2200 2100
Tad [K]
2000 1900
• Tad,max
1800
• a növekv H2, CO illetve a csökken inert tartalommal Tad,max eltolódik <1 felé
1700 1600 1500 1400 0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
=0,91-0,98
A lamináris lángterjedési sebesség a légfelesleg tényez függvényében (298 K, 1 bar) anaerob fagáz
producer gáz
szintézisgáz
földgáz
120 100
u [cm/s]
80
• umax
=0,6-0,95
• a növekv H2 illetve a csökken inert tartalommal umax eltolódik « 1 felé
60 40
• umax eltolódása » Tad,max 20 0 0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Megnöveked lángterjedési sebesség hatása
