Alkol yakıtı - Alcohol fuel
İçten yanmalı motorlar için yakıt olarak çeşitli alkoller kullanılır . İlk dört alifatik alkol ( metanol , etanol , propanol ve bütanol ) kimyasal veya biyolojik olarak sentezlenebildikleri ve içten yanmalı motorlarda kullanılmalarını sağlayan özelliklere sahip oldukları için yakıt olarak ilgi görmektedir. Alkol yakıtı için genel kimyasal formül C n H 2n+1 OH'dir .
Çoğu metanol, doğal gazdan üretilir, ancak çok benzer kimyasal işlemler kullanılarak biyokütleden üretilebilir. Etanol yaygın üretilir biyolojik malzeme ile fermantasyon işlemleri. Biyobütanol , yanmalı motorlarda, enerji yoğunluğunun daha basit alkollerden daha yakın olması bakımından avantaja sahiptir (yine de %25'in üzerinde daha yüksek oktan oranını korur ); bununla birlikte, biyobütanolün üretilmesi şu anda etanol veya metanolden daha zordur. Biyolojik materyallerden ve/veya biyolojik proseslerden elde edildiklerinde biyoalkoller (örneğin "biyoetanol") olarak bilinirler . Biyolojik olarak üretilen ve kimyasal olarak üretilen alkoller arasında kimyasal bir fark yoktur .
Dört ana alkol yakıtının paylaştığı bir avantaj, yüksek oktan oranlarıdır . Bu, yakıt verimliliğini artırma eğilimi gösterir ve taşıt alkollü yakıtlarının (benzin/benzin ve dizel yakıtlara kıyasla) düşük enerji yoğunluğunu büyük ölçüde dengeler, böylece hacim başına mesafe metrikleri açısından karşılaştırılabilir "yakıt ekonomisi" ile sonuçlanır, örneğin kilometre başına kilometre gibi litre veya galon başına mil.
Metanol ve etanol
Metanol ve etanol, fosil yakıtlardan, biyokütleden veya belki de en basit şekilde karbondioksit ve sudan elde edilebilir. Etanol en yaygın olarak şekerlerin fermantasyonu yoluyla üretilir ve metanol en yaygın olarak sentez gazından üretilir, ancak bu yakıtları elde etmenin daha modern yolları vardır. Fermentasyon yerine enzimler kullanılabilir. Metanol daha basit moleküldür ve etanol metanolden yapılabilir. Metanol, hayvan atıkları da dahil olmak üzere hemen hemen her biyokütleden veya önce biyokütleyi bir gazlaştırıcıda sentez gazına dönüştürerek karbondioksit ve su veya buhardan endüstriyel olarak üretilebilir . Elektroliz veya enzimler kullanılarak bir laboratuvarda da üretilebilir.
Bir yakıt olarak metanol ve etanolün hem benzin (benzin) hem de dizel yakıt gibi yakıtlara göre avantajları ve dezavantajları vardır . Buji ateşlemeli motorlarda, her iki alkol de çok daha yüksek egzoz gazı devridaim oranlarında ve daha yüksek sıkıştırma oranlarında çalışabilir . Her iki alkol de yüksek oktan derecesine sahiptir , etanol 109 RON ( Araştırma Oktan Numarası ), 90 MON ( Motor Oktan Sayısı ), (99.5 AKI'ye eşittir ) ve metanol 109 RON, 89 MON (99 AKI'ye eşittir). AKI'nin RON ve MON derecelendirmelerinin (RON+MON)/2 ortalamasını alan ve ABD benzin istasyonu pompalarında kullanılan ' Vuruntu Önleme Endeksi'ne atıfta bulunduğunu unutmayın . Sıradan Avrupa benzini tipik olarak 95 RON, 85 MON, 90 AKI'ye eşittir. Sıkıştırma ateşlemeli bir motor yakıtı olarak, her iki alkol de çok az partikül oluşturur, ancak düşük setan sayıları, glikol gibi bir ateşleme geliştiricinin yakıta yakl. %5.
Buji ile ateşlemeli motorlarda kullanıldığında alkoller NOx , CO , HC ve partikülleri azaltma potansiyeline sahiptir . E85 yakıtlı Chevrolet Luminas ile yapılan bir test, yeniden formüle edilmiş benzine kıyasla NMHC'nin %20-22, NOx'in %25-32 ve CO'nun %12-24 azaldığını gösterdi . Aldehit emisyonları artarken ( özellikle asetaldehit ) benzen ve 1,3-bütadien zehirli emisyonları da azaldı .
CO egzoz emisyonu 2 , aynı zamanda, bu alkollerin düşük karbon-hidrojen oranı ve gelişmiş motor verimi düşer.
Metanol ve etanol yakıtları çözünür ve çözünmez kirleticiler içerir. Klorür iyonları gibi çözünür kirletici maddeler olan halojenür iyonları, alkol yakıtlarının aşındırıcılığı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Halid iyonları korozyonu iki şekilde arttırır: çeşitli metaller üzerindeki pasifleştirici oksit filmlerine kimyasal olarak saldırarak çukur korozyonuna neden olurlar ve yakıtın iletkenliğini arttırırlar. Artan elektriksel iletkenlik, yakıt sisteminde elektriksel, galvanik ve normal korozyonu destekler. Alüminyum hidroksit gibi çözünür kirleticiler, kendisi halojenür iyonlarının korozyon ürünü, zamanla yakıt sistemini tıkar.
Korozyonu önlemek için yakıt sistemi uygun malzemelerden yapılmalı, elektrik kabloları uygun şekilde yalıtılmalı ve yakıt seviye sensörü darbe ve tutma tipinde, manyeto dirençli veya diğer benzer temassız tipte olmalıdır. Ek olarak, yüksek kaliteli alkol, düşük konsantrasyonda kirletici içermeli ve uygun bir korozyon önleyici eklenmiş olmalıdır. Bilimsel kanıtlar, suyun etanol tarafından korozyona karşı bir inhibitör olduğunu ortaya koymaktadır.
Deneyler daha agresif olan ve korozyon etkisini hızlandıran E50 ile yapılmıştır. Yakıt etanolündeki su miktarını artırarak korozyonu azaltabileceği çok açıktır. Etanol yakıtında %2 veya 20.000 ppm suda korozyon durdu. Japonya'daki gözlemler doğrultusunda, sulu etanolün susuz etanolden daha az aşındırıcı olduğu bilinmektedir. Reaksiyon mekanizması 3 EtOH + Al'dir -> Al (Oet) 3 + 3 / 2 H 2 alt-orta karışımlarının en. Yeterli miktarda su yakıtta mevcut olduğu zaman, alüminyum Al üretilmesi için su ile, tercihen reaksiyona girecektir 2 O 3 koruyucu alüminyum oksit tabakasını tamir. Alüminyum alkoksit sıkı bir oksit tabakası oluşturmaz; oksit tabakasındaki delikleri onarmak için su gereklidir.
Metanol ve etanol bazı polimerlerle uyumsuzdur. Alkol polimerlerle reaksiyona girerek şişmeye neden olur ve zamanla oksijen, polimerdeki karbon-karbon bağlarını parçalayarak gerilme mukavemetinde bir azalmaya neden olur. Ancak son birkaç on yılda çoğu otomobil %10'a kadar etanolü (E10) sorunsuz olarak tolere edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, hem yakıt sistemi uyumluluğunu hem de kapalı döngü lambda kontrolüne sahip yakıt enjeksiyonlu motorlarla yakıt dağıtımının lambda telafisini içerir. Bazı motorlarda etanol, geleneksel benzin için tasarlanmış plastik veya kauçuk yakıt dağıtım bileşenlerinin bazı bileşimlerini bozabilir ve ayrıca yakıtı düzgün bir şekilde telafi edemeyebilir.
"FlexFuel" araçlar, E85 veya M85 kullanılarak uzun ömür için tasarlanmış yakıt sistemi ve motor bileşenlerini geliştirdi ve ECU , benzin ile E85 veya M85 arasındaki herhangi bir yakıt karışımına uyum sağlayabilir. Tipik yükseltmeler şunları içerir: yakıt depoları, yakıt deposu elektrik kabloları, yakıt pompaları, yakıt filtreleri, yakıt hatları, doldurma boruları, yakıt seviye sensörleri, yakıt enjektörleri, contalar, yakıt rayları, yakıt basıncı regülatörleri, valf yuvaları ve giriş valfleri. Brezilya pazarına yönelik "Total Flex" otomobilleri E100 (%100 etanol) kullanabilir.
Bir litre etanol yanmada 21.1 MJ, bir litre metanol 15,8 MJ ve bir litre benzin yaklaşık 32,6 MJ açığa çıkarır; fark, farklı oksijen içeriğinden kaynaklanmaktadır. Başka bir deyişle, bir litre veya bir galon benzinle aynı enerji içeriği için 1,6 litre/galon etanol ve 2,1 litre/galon metanol gerekir. Bununla birlikte, alkol yakıtlı motorlar önemli ölçüde daha enerji verimli hale getirilebildiğinden, ham hacim başına enerji sayıları yanıltıcı yakıt tüketimi rakamları üretir. Bir litre alkol yakıtının yanması ile açığa çıkan enerjinin daha büyük bir yüzdesi faydalı işe dönüştürülebilir. Verimlilikteki bu fark, karşılaştırılan belirli motorlara bağlı olarak enerji yoğunluğu farkını kısmen veya tamamen dengeleyebilir.
Metanol yakıtı , genellikle hidrojen ekonomisine bir alternatif olarak geleceğin biyoyakıtı olarak önerilmiştir . Metanol bir yarış yakıtı olarak uzun bir geçmişe sahiptir. Erken Grand Prix Racing, saf metanolün yanı sıra harmanlanmış karışımlar kullandı. Yakıt, savaştan sonra öncelikle Kuzey Amerika'da kullanıldı. Bununla birlikte, yarış amaçlı metanol, büyük ölçüde doğal gazdan türetilen sentez gazından üretilen metanole dayanmaktadır ve bu nedenle bu metanol bir biyoyakıt olarak kabul edilmeyecektir. Metanol olası bir biyoyakıttır, ancak sentez gazı biyokütleden türetildiğinde .
Teoride metanol, sürdürülebilir kaynaklı biyokütleden ve nihayetinde karbondioksitten ve nükleer güç, jeotermal güç veya başka bir yenilenebilir enerji kaynağı kullanılarak hidrojen elektrolizi yoluyla da üretilebilir (bkz . Uluslararası Karbon Geri Dönüşümü ). Biyoetanol ile karşılaştırıldığında, metanol biyoyakıtının birincil avantajı, kuyudan tekerleğe çok daha yüksek verimliliğidir. Bu, özellikle etanol yapmak için şeker veya nişasta bitkileri yetiştirmek için gübrelerin gerekli olduğu ılıman iklimlerde geçerlidir, oysa metanol, döllenmemiş lignoselüloz (odunsu) biyokütleden üretilebilir .
Etanol halihazırda yakıt katkı maddesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve etanol yakıtının tek başına veya benzinle karışımın bir parçası olarak kullanımı artmaktadır. Metanole kıyasla birincil avantajı, yakıt bazı zehirli egzoz emisyonları üretecek olsa da, daha az aşındırıcı ve toksik olmamasıdır. Indy Racing League , 40 yıl metanol kullandıktan sonra , 2007'den beri özel yakıtı olarak etanol kullanıyor. Eylül 2007'den bu yana NSW, Avustralya'daki benzin istasyonları, tüm benzinlerini %2 etanol içeriğiyle tedarik etmekle yükümlüdür.
Bütanol ve propanol
Propanol ve bütanol , metanolden çok daha az toksik ve daha az uçucudur. Özellikle, bütanolün 35 °C gibi yüksek bir parlama noktası vardır , bu da yangın güvenliği için bir avantajdır, ancak soğuk havalarda motorları çalıştırmak için bir zorluk olabilir. Bununla birlikte, parlama noktası kavramı motorlara doğrudan uygulanamaz, çünkü silindirdeki havanın sıkıştırılması, ateşleme gerçekleşmeden önce sıcaklığın birkaç yüz santigrat derece olduğu anlamına gelir.
Selülozdan propanol ve bütanol üretmek için yapılan fermantasyon süreçlerini yürütmek oldukça zordur ve şu anda bu dönüşümleri gerçekleştirmek için kullanılan Weizmann organizması ( Clostridium acetobutylicum ) son derece nahoş bir koku üretir ve bu, bir fermantasyon tesisi tasarlanırken ve yerleştirilirken dikkate alınmalıdır. . Bu organizma, fermente ettiği şeyin bütanol içeriği %2'ye yükseldiğinde de ölür. Karşılaştırma için, maya , hammaddesinin etanol içeriği %14'e ulaştığında ölür. Özel suşlar daha da yüksek etanol konsantrasyonlarını tolere edebilir - turbo maya olarak adlandırılan maya, %16'ya kadar etanole dayanabilir. Bununla birlikte, sıradan Saccharomyces mayası etanol direncini artırmak için modifiye edilebilirse, bilim adamları bir gün Weizmann organizmasının doğal sınırı olan %7'den daha yüksek bütanol direncine sahip bir suş üretebilirler. Bu, bütanolün (düşük oksijen içeriği nedeniyle) etanolden daha yüksek bir yanma enerjisi yoğunluğuna sahip olması ve etanol yapmak için kullanılan şeker bitkilerinden arta kalan atık liflerin bütanole dönüştürülebilmesi nedeniyle yararlı olacaktır. daha fazla mahsulün ekilmesini gerektirir.
Bu dezavantajlara rağmen, DuPont ve BP kısa süre önce Associated British Foods ile ortak geliştirdikleri büyük biyoetanol tesisinin yanı sıra küçük ölçekli bir bütanol yakıt gösterim tesisi kuracaklarını duyurdular .
Energy Environment International şirketi , biyokütleden bütanol üretmek için , aseton ve etanol yan ürünlerinin üretimini en aza indirmek için iki ayrı mikroorganizmanın sırayla kullanılmasını içeren bir yöntem geliştirdi .
İsviçreli Butalco GmbH şirketi, etanol yerine bütanol üretmek için mayaları modifiye etmek için özel bir teknoloji kullanıyor. Bütanol için üretim organizmaları olarak mayalar, bakterilere kıyasla belirleyici avantajlara sahiptir.
Bütanol yanması: C 4 H 9 OH + 6O 2 → 4CO 2 + 5H 2 O + ısı
Propanol yanması: 2C 3 H 7 OH + 9O 2 → 6 CO 2 + 8H 2 O + ısı
3-C-alkol, propanol (Cı- 3 , H 7 OH), genellikle en, solvent olarak kullanıma yöneliktir edilir, (etanol, metanol, butanol aksine) benzinli motorlar için doğrudan bir yakıt kaynağı olarak kullanılmaz. Ancak bazı yakıt pillerinde hidrojen kaynağı olarak kullanılır; çoğu alkol bazlı yakıt hücresi için tercih edilen yakıt olan metanolden daha yüksek bir voltaj üretebilir. Bununla birlikte, propanolün üretilmesi metanolden (biyolojik olarak veya yağdan) daha zor olduğundan, propanol kullananlara göre metanol kullanan yakıt hücreleri tercih edilir.
Ülkeye göre
Brezilya
Brezilya yakın zamana kadar dünyanın en büyük alkol yakıtı üreticisiydi ve tipik olarak şeker kamışından etanolü fermente ediyordu .
Ülke, yılda 2 milyarı ABD'ye olmak üzere 3.5 milyar litresi ihraç edilen toplam 18 milyar litre (4,8 milyar galon) üretim yapıyor . Alkollü arabalar Brezilya pazarına 1979'da giriş yaptı ve ağır bir sübvansiyon nedeniyle oldukça popüler hale geldi, ancak 1980'lerde fiyatlar yükseldi ve benzin lider pazar payını yeniden kazandı.
Ancak, 2003 den, alkol hızla çünkü içeren yeni teknolojilerin bir kez daha pazar payını artırdı esnek-yakıt motorları tüm büyük otomobil üreticilerinin (tarafından "Flex" veya "Toplam Flex" adlı, Volkswagen , General Motors , Fiat , vs.) . "Flex" motorlar benzin, alkol veya her iki yakıtın herhangi bir karışımı ile çalışır. Mayıs 2009 itibariyle, Brezilya'da satılan yeni araçların %88'inden fazlası esnek yakıttır.
Brezilya'nın önde gelen üretim ve teknolojisi nedeniyle, birçok ülke alkollü yakıt ithal etmeye ve "Flex" araç konseptini benimsemeye çok ilgi duymaya başladı. 7 Mart 2007'de ABD başkanı George W. Bush , Brezilya cumhurbaşkanı Luiz Inacio Lula da Silva ile alkol ithalatı ve alternatif yakıt olarak teknolojisi konusunda anlaşmalar imzalamak için São Paulo şehrini ziyaret etti .
Çin
1935 gibi erken bir tarihte Çin, alkollü yakıtla çalışan arabalar yaptı. Çin , geleneksel benzine %70 metanol kullanımı ile ham petrolden bağımsız olduğunu bildirdi .
Ulusal Temiz Otomobil Planlama ve Eylem Koordinasyonu Komitesi, alkol/eter yakıtı ve hızlandırılmış sanayileşme ile ilgili temel teknolojileri ana gündemine almıştı. Alkol yakıtları beş ana alternatif yakıtın parçası haline gelmişti: İkisi alkoldü; metanol ve etanol
Amerika Birleşik Devletleri
Amerika Birleşik Devletleri 2007 sonunda yılda 26,9 milyar litre (7 milyar galon) üretiyordu. E10 veya Gasohol, Delaware'de yaygın olarak pazarlanmaktadır ve E85, birçok eyalette, özellikle de mısırdan etanolün yerel olarak üretildiği Ortabatı'da bulunur.
Birçok eyalet ve belediye, tüm benzin yakıtlarının yılın bir bölümünde veya tamamında yüzde 10 alkol (genellikle etanol) ile karıştırılmasını zorunlu kılmıştır. Bu, kirliliği azaltmak ve bu alanların federal kirlilik sınırlarına uymasını sağlamak içindir. Alkol kısmen oksijenli olduğundan, ozon da dahil olmak üzere daha az genel kirlilik üretir . Bazı bölgelerde (özellikle Kaliforniya) düzenlemeler, kirliliği azaltan, ancak yakıt dağıtımını karmaşıklaştıran ve yakıt maliyetini artıran başka formülasyonlar veya ilave kimyasallar da gerektirebilir.
Avrupa Birliği
| Ülke | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 |
|---|---|---|---|---|
 Fransa
|
871 | 1.719 | 3.164 | 4.693 |
 Almanya
|
1.682 | 3.544 | 3.448 | 4.675 |
 İsveç
|
1.681 | 1.894 | 2.119 | 2.488 |
 Hollanda
|
0 | 179 | 1.023 | 1.512 |
 ispanya
|
1.314 | 1.332 | 1.512 | 1.454 |
 Polonya
|
329 | 611 | 837 | 1.382 |
 Birleşik Krallık
|
502 | 563 | 906 | 1.223 |
 Finlandiya
|
0 | 10 | 20 | 858 |
 Avusturya
|
0 | 0 | 199 | 633 |
 Macaristan
|
28 | 136 | 314 | 454 |
 Çek Cumhuriyeti
|
0 | 13 | 1 | 378 |
 İrlanda
|
0 | 13 | 59 | 207 |
 Litvanya
|
10 | 64 | 135 | 182 |
 Belçika
|
0 | 0 | 0 | 145 |
 Slovakya
|
0 | 4 | 140 | 76 |
 Bulgaristan
|
- | 0 | 0 | 72 |
 Danimarka
|
0 | 42 | 60 | 50 |
 Slovenya
|
0 | 2 | 9 | 28 |
 Estonya
|
0 | 0 | 0 | 17 |
 Letonya
|
5 | 12 | 0 | 0 |
 Lüksemburg
|
0 | 0 | 14 | 11 |
 Portekiz
|
0 | 0 | 0 | 0 |
 İtalya
|
59 | 0 | 0 | 0 |
 Yunanistan
|
0 | 0 | 0 | 0 |
 Romanya
|
- | 0 | 0 | 0 |
 Malta
|
0 | 0 | 0 | 0 |
 Kıbrıs
|
0 | 0 | 0 | 0 |
 Avrupa Birliği
|
6.481 | 10,138 | 13.962 | 20.538 |
|
1 toe = 11,63 MWh, 0 = veri yok Alkol tüketimi trafik yakıt kullanımını belirtmiyor 2008 verileri henüz doğrulanmadı |
||||
Japonya
Japonya'da ilk alkol yakıt ile başladı GAIAX GAIAX geliştirilmiştir 1999 yılında Güney Kore ve Japonya tarafından ithal. Ana bileşen metanol idi.
GAIAX benzin olmadığı için , Japonya'nın gaz vergisinin vergiden muaf bir nesnesiydi . Bununla birlikte, sonuç olarak, GAIAX kullanımı hükümet ve petrol endüstrisi tarafından Japonya'da bir kaçakçılık eylemi olarak görülmeye başlandı. GAIAX'ın perakende satışı, yasal sistem düzenlemelerinde motorin vergisini bağımsız olarak ödeyerek vergi kaçakçılığı eleştirisinden kaçınmak için yapılmıştır .
GAIAX'ın yakıt ikmali yaptığı kaza sonucu meydana gelen araç yangınları, vergi kaçakçılığı tartışmasının neredeyse sona erdiği 2000 civarında rapor edilmeye başlandı. Japonya'daki otomobil endüstrisi, GAIAX'ı "yüksek yoğunluklu alkolün yakıt borularını aşındırması nedeniyle yangın çıktığını" söyleyerek eleştirdi. GAIAX, "yüksek yoğunluklu alkol yakıtı" olarak adlandırıldı ve onu uzun vadede piyasadan çıkarmak için bir kampanya yürütüldü. Son olarak Ekonomi, Ticaret ve Sanayi Bakanlığı da bu kampanyaya katıldı.
2003 yılında benzin kalite yöntemi güvenlik kaygıları bahanesiyle revize edildi. Bu, "Yüksek yoğunluklu alkollü yakıt" üretimini ve satışını yasakladı ve önemli bir GAIAX satış yasağı ekledi. Yasanın revize edilmesiyle, akaryakıt üreticilerinin benzine %3 veya daha fazla alkol eklemesi yasaklanmıştır. Yasada yapılan bu revizyon, Japonya'da E3'ten daha büyük alkollü yakıtın satılamaması için bir gerekçedir.
Japonya'daki petrol endüstrisi şu anda GAIAX'tan farklı olan orijinal bir alkol yakıtının araştırılması ve geliştirilmesiyle ilerliyor. Ancak, herhangi bir yeni yakıtın ticari üretimi ve satışı, halihazırda GAIAX'ı piyasadan hariç tutan mevcut yasalarla yasaklanmış olabilir. Ayrıca, Japon tüketicisinin herhangi bir türden yüksek yoğunluklu alkollü yakıta karşı güçlü isteksizliği, herhangi bir yeni yakıtın ticari başarısını engelleyebilir.