Combustibili și … mașini

În afară de benzină, motorină, GPL sau curent elecctric, automobilele actuale mai pot funcționa și pe baza altor combustibili. În continuare, vom face o prezentare de ansamblu asupra tipurilor de combustibili și a construcției vehiculelor care îi folosesc. Întrucât despre benzină și motorină se presupune că știm destule, ne vom ocupa de restul …

1.BIODIESEL

Biodieselul este un combustibil regenerabil și biodegradabil, fabricat la nivel național din uleiuri vegetale, grăsimi animale sau grăsimi reciclate din restaurante. Biodieselul îndeplinește atât cerința privind motorina pe bază de biomasă, cât și cerința privind biocombustibilii avansați din cadrul standardului privind combustibilii regenerabili. Motorina regenerabilă este diferită de biodiesel.
Biodieselul este un combustibil lichid denumit adesea B100, biodiesel pur sau pur în forma sa neamestecată. Ca și motorina din petrol, biodieselul este utilizat pentru a alimenta motoarele cu aprindere prin compresie. Consultați lista de mai jos pentru caracteristicile fizice ale biodieselului.
Performanțele biodieselului pe vreme rece depind de amestecul de biodiesel, de materia primă și de caracteristicile motorinei din petrol. În general, amestecurile cu procente mai mici de biodiesel au performanțe mai bune la temperaturi scăzute. În mod obișnuit, motorina nr. 2 și B5 (până la 5% biodiesel) au aproximativ aceleași performanțe pe vreme rece. Atât biodieselul, cât și motorina nr. 2 au unii compuși care se cristalizează la temperaturi foarte scăzute. În timpul iernii, producătorii și furnizorii de carburanți combat cristalizarea prin adăugarea unui ameliorator de curgere la rece.
Pentru cea mai bună performanță pe vreme rece, utilizatorii trebuie să colaboreze cu furnizorul de combustibil pentru a se asigura că amestecul este adecvat.
Caracteristicile fizice ale biodieselului (pentru B100)
● Densitate specifică: 0,88
● Vâscozitate cinematică la 40°C: 1,9 – 6,0 mm2/s:
● Cifră cetanică : 47
● Puterea calorifică inferioară : 33,320 KJ/l
● Densitate, la 15,5°C 874,73 kg/m3
● Carbon: 77%
● Hidrogen: 12%
● Oxigen, în funcție de dif : 11%
● Punct de fierbere: 330-357 °C
● Punct de inflamabilitate 130 °C
● Sulf, % masă (ppm) 0,0015-0,05
● Punct de omogenizare: -3 -15 °C
● Punct de curgere, -5 până la 10 °C
Biodieselul poate fi amestecat și utilizat în mai multe concentrații diferite. Cele mai comune sunt B5 (până la 5% biodiesel) și B20 (6% până la 20% biodiesel). B100 ( biodiesel pur) este utilizat în mod obișnuit ca materie primă de amestec pentru a produce amestecuri cu procente mai mici și este rareori utilizat ca și combustibil pentru transport.

Cum funcționează vehiculele diesel folosind biodiesel?

Toate vehiculele diesel, indiferent dacă sunt clasificate ca fiind biodiesel sau diesel convențional, sunt unul și același lucru. Ele au același motor cu combustie internă și aceleași componente. Deși toate vehiculele diesel pot funcționa cu biodiesel, unii producători de echipamente originale (OEM) nu aprobă utilizarea unor amestecuri de biodiesel de nivel superior. Înainte de a utiliza biodiesel, asigurați-vă că ați verificat garanția motorului OEM pentru a vă asigura că sunt aprobate amestecurile de nivel superior ale acestui combustibil alternativ.

Componentele principale ale vehiculelor cu biodiesel

Sistemul de post-tratare a noxelor: Acest sistem este alcătuit din mai multe componente, care sunt responsabile de filtrarea gazelor de eșapament ale motorului pentru a respecta cerințele privind emisiile la țeava de eșapament. După ce gazele de eșapament ale motorului sunt filtrate prin filtrul de particule diesel (DPF) și prin catalizatorul de oxidare diesel pentru a reduce particulele, lichidul de eșapament diesel (DEF) este injectat în amestecul de gaze de eșapament, apoi este redus la azot și apă prin conversie chimică în cadrul reductorului catalitic selectiv (SCR) înainte de a fi eliberat în atmosferă prin țeava de eșapament a vehiculului.
Baterie: Bateria furnizează energie electrică pentru a porni motorul și pentru a alimenta componentele electronice/accesoriile vehiculului.
Rezervorul de Ad Blue: Acest rezervor conține lichidul de evacuare diesel, o soluție apoasă de uree, care este injectată în fluxul de evacuare în timpul reducerii catalitice selective.
Modulul de control electronic (ECM): ECM controlează amestecul de combustibil, sincronizarea aprinderii și sistemul de emisii; monitorizează funcționarea vehiculului; protejează motorul împotriva abuzurilor; și detectează și rezolvă problemele.
Conducta de combustibil: Un tub metalic sau un furtun flexibil (sau o combinație a acestora) transferă combustibilul din rezervor către sistemul de injecție a motorului.
Pompă de combustibil: O pompă care transferă combustibilul din rezervor la sistemul de injecție a motorului prin conducta de combustibil.
Motor cu ardere internă (cu aprindere prin compresie): În această configurație, combustibilul este injectat în camera de combustie și se aprinde datorită temperaturii ridicate obținute atunci când un gaz este puternic comprimat.
Transmisie: Transmisia transferă puterea mecanică de la motor și/sau de la motorul electric de tracțiune pentru a acționa roțile
Rezervor de combustibil (biodiesel): Un rezervor de combustibil stochează combustibilul la bordul vehiculului până când este necesar pentru a alimenta motorul.

Amestecuri de biodiesel:

Amestecuri de nivel scăzut ASTM International elaborează specificații pentru o mare varietate de produse, inclusiv pentru motorina convențională (ASTM D975). Această specificație permite ca concentrațiile de biodiesel de până la B5 să fie denumite motorină, fără a fi necesară o etichetare separată la pompă. Amestecurile de biodiesel de nivel scăzut, cum ar fi B5, sunt aprobate de ASTM pentru a funcționa în siguranță în orice motor cu aprindere prin compresie proiectat să funcționeze cu motorină din petrol. Aceasta poate include autoturisme și camioane diesel ușoare și grele, tractoare, bărci și generatoare electrice.

B20:
B20 este un amestec comun, deoarece reprezintă un bun echilibru între costuri, emisii, performanță pe timp rece și compatibilitate cu motoarele convenționale. Majoritatea utilizatorilor de biodiesel cumpără amestecuri B20 sau mai mici de la distribuitorii obișnuiți de combustibil sau de la comercianții de biodiesel. Flotele reglementate care utilizează amestecuri de biodiesel de 20% sau mai mari se califică pentru credite de utilizare a combustibilului biodiesel în temeiul Legii privind politica energetică din 1992.B20 trebuie să îndeplinească standardele de calitate prescrise, așa cum se specifică în ASTM D7467.În general, B20 și amestecurile de nivel inferior pot fi utilizate în motoarele actuale fără modificări. De fapt, mulți producători de echipamente originale (OEM) pentru motoare diesel aprobă utilizarea B20 . Utilizatorii trebuie să consulte întotdeauna declarațiile de garanție ale vehiculului și ale motorului înainte de a utiliza biodiesel. Motoarele care funcționează cu B20 au un consum de combustibil, cai putere și cuplu similar cu cel al motoarelor care funcționează cu motorină din petrol. B20 cu un conținut de 20% biodiesel va avea cu 1% până la 2% mai puțină energie pe litru decât motorina din petrol, dar mulți utilizatori de B20 nu raportează nicio diferență notabilă în ceea ce privește performanța sau economia de combustibil. Biodieselul are, de asemenea, unele beneficii în ceea ce privește emisiile, în special pentru motoarele fabricate înainte de 2010. În cazul motoarelor echipate cu sisteme de reducere catalitică selectivă (SCR), beneficiile pentru calitatea aerului sunt aceleași, indiferent dacă funcționează cu biodiesel sau cu motorină din petrol. Cu toate acestea, biodieselul oferă în continuare beneficii mai mari în ceea ce privește emisiile de gaze cu efect de seră decât motorina convențională. Beneficiul în materie de emisii este aproximativ proporțional cu nivelul amestecului; adică, B20 ar avea 20% din beneficiul reducerii emisiilor pe care îl aduce B100.

B100 și amestecurile de nivel înalt:
B100 și alte amestecuri de biodiesel de nivel înalt sunt mai puțin utilizate direct ca și combustibil pentru transport decât B20 și amestecurile inferioare, din cauza lipsei de stimulente de reglementare și a lipsei de prețuri. Materialele compatibile cu biodieselul pentru anumite piese, cum ar fi furtunurile și garniturile, permit utilizarea B100 în unele motoare construite începând cu 1994. B100 are un efect de solvent; poate curăța sistemul de alimentare al unui vehicul și poate elibera depozitele acumulate în urma utilizării motorinei din petrol. Eliberarea acestor depozite poate bloca inițial filtrele și poate necesita înlocuirea frecventă a filtrelor în primele câteva rezervoare cu amestecuri de nivel ridicat.Atunci când se utilizează amestecuri cu nivel ridicat, trebuie luați în considerare mai mulți factori. Biodieselul pur conține mai puțină energie pe bază volumetrică decât motorina din petrol. Prin urmare, cu cât procentul de biomotorină este mai mare (peste 20%), cu atât conținutul de energie pe galon este mai mic. De asemenea, amestecurile de biodiesel de nivel ridicat pot avea un impact asupra garanțiilor motorului, pot gelui la temperaturi scăzute și pot prezenta probleme unice de depozitare. Utilizarea B100 ar putea, de asemenea, să crească emisiile de oxizi de azot, deși reduce considerabil alte emisii toxice.B100 necesită o manipulare specială și poate necesita modificări ale echipamentelor. Pentru a evita problemele de funcționare a motoarelor, B100 trebuie să îndeplinească cerințele din ASTM D6751, Specificație standard pentru amestec de combustibil biodiesel (B100) pentru carburanți de distilare medie. Specificația ASTM D6751 include un grad No.1-B și un grad No.2-B. Gradul nr. 1-B are limite mai stricte privind monogliceridele și filtrabilitatea decât gradul nr. 2-B. Gradul No.1-B este un grad de biomotorină cu destinație specială pentru utilizare în aplicații în care este necesară operabilitatea la temperaturi scăzute.

2.ETANOL

Etanolul este un combustibil regenerabil obținut din porumb și din alte materiale vegetale. Utilizarea etanolului este larg răspândită, iar peste 98% din benzină conține o anumită cantitate de etanol. Cel mai comun amestec de etanol este E10 (10% etanol, 90% benzină).
Etanolul este, de asemenea, disponibil sub formă de E85 (sau combustibil flexibil) – un amestec de etanol de nivel înalt care conține între 51% și 83% etanol, în funcție de geografie și de anotimp – pentru a fi utilizat în vehiculele cu combustibil flexibil. E15, un alt amestec, își mărește prezența pe piață. Acesta este aprobat pentru utilizarea la vehiculele ușoare convenționale pe benzină din anul model 2001 și mai noi.

Există mai multe etape necesare pentru ca etanolul să fie disponibil ca și combustibil pentru vehicule:
● Materiile prime din biomasă sunt cultivate, colectate și transportate la o instalație de producție a etanolului.
● Materiile prime sunt transformate în etanol la o instalație de producție și apoi transportate la un terminal de combustibil sau la un utilizator final pe calea ferată, cu un camion sau cu o barjă.
● E10 provine de la terminale de carburanți, în timp ce E85 provine de la un terminal sau direct de la o instalație de producție a etanolului.
● E15 este disponibil de la terminalele de carburanți sau prin intermediul unui distribuitor cu pompă de amestec care se alimentează din rezervoarele de E10 și E85 dintr-o stație.

Proprietăți ale combustibilului
Etanolul (CH3CH2OH) este un lichid limpede, incolor. Este cunoscut și sub numele de alcool etilic, alcool de cereale și EtOH. Etanolul are aceeași formulă chimică indiferent dacă este produs din materii prime pe bază de amidon sau zahăr, cum ar fi porumbul boabe (cum este în principal în Statele Unite), trestia de zahăr (cum este în principal în Brazilia) sau din materii prime celulozice (cum ar fi așchii de lemn sau reziduuri de recoltă).

Etanolul are o cifră octanică mai mare decât benzina, oferind proprietăți de amestec de calitate superioară. Cerințele privind cifra octanică minimă pentru benzină previn pocniturile motorului și asigură conductibilitatea. Benzina cu cifră octanică mai mică este amestecată cu 10% etanol pentru a obține cifra octanică standard .
Etanolul conține mai puțină energie pe litru decât benzina, în diferite grade, în funcție de procentul de etanol din amestec. Etanolul denaturat (98% etanol) conține cu aproximativ 30% mai puțină energie pe litru decât benzina. Impactul etanolului asupra economiei de combustibil depinde de conținutul de etanol din combustibil și de faptul că un motor este optimizat pentru a funcționa cu benzină sau cu etanol.

Bilanțul energetic al etanolului:
În Statele Unite, 94% din etanol este produs din amidonul din boabele de porumb. Este nevoie de energie pentru a transforma orice materie primă în etanol. Etanolul produs din porumb prezintă un bilanț energetic pozitiv, ceea ce înseamnă că procesul de producere a combustibilului etanolic nu necesită mai multă energie decât cantitatea de energie conținută în combustibilul în sine.
Etanolul celulozic îmbunătățește bilanțul energetic al etanolului, deoarece materiile prime sunt fie deșeuri, fie coproduse ale unei alte industrii (lemn, reziduuri de culturi), fie culturi specializate – cum ar fi switchgrass și miscanthus – cu cerințe mai mici de apă și îngrășăminte în comparație cu porumbul. Atunci când biomasa este utilizată pentru a alimenta procesul de conversie a materiilor prime nealimentare în etanol celulozic, cantitatea de energie din combustibili fosili utilizată în producție este redusă și mai mult. Un alt beneficiu al etanolului celulozic este acela că determină niveluri mai scăzute de emisii de gaze cu efect de seră pe durata ciclului de viață.
La fel ca și benzina și motorina, E85 și alte amestecuri de etanol și benzină sunt ajustate în funcție de sezon și din punct de vedere geografic pentru a asigura o pornire și o performanță corespunzătoare. De exemplu, E85 vândut în lunile mai reci conține adesea niveluri mai scăzute de etanol pentru a produce presiunea de vapori necesară pentru pornire la temperaturi scăzute. Din acest motiv, operatorii stațiilor de alimentare care oferă amestecuri de etanol nu pot, de obicei, să transfere E85 din amestec de vară în lunile de iarnă. În schimb, aceștia trebuie să „amestece” orice combustibil de vară rămas pentru a îndeplini cerințele specificației ASTM pentru condițiile de temperatură din timpul iernii. Acest lucru se poate face cu o ușurință relativă prin adăugarea de benzină în rezervorul de stocare.
Pe de altă parte, nu există nici o preocupare cu privire la transportarea combustibilului de iarnă în lunile de vară, deoarece vehiculele cu combustibil flexibil pot funcționa pe timp cald cu orice amestec de etanol și benzină. În cazul stațiilor de vânzare cu amănuntul, ajustările sezoniere ale combustibilului sunt gestionate automat la terminalul de distribuție cu ridicata a combustibilului.

Cum funcționează vehiculele pe bază de etanol ?

Vehiculele cu combustibil flexibil (FFV) au un motor cu combustie internă și pot funcționa cu benzină și cu orice amestec de benzină și etanol până la 83%. Vehiculele FFV au un singur sistem de alimentare cu combustibil, iar majoritatea componentelor sunt aceleași cu cele întâlnite la un autovehicul convențional pe benzină.

Sunt necesare unele componente speciale compatibile cu etanolul pentru a compensa proprietățile chimice diferite și conținutul energetic diferit al etanolului, cum ar fi modificări ale pompei de combustibil și ale sistemului de injecție a combustibilului. Modulul de control al motorului (ECM) este, de asemenea, calibrat pentru a se adapta la conținutul mai mare de oxigen din etanol.

Componentele principale ale vehiculelor cu combustibil flexibil

Motor cu ardere internă (cu aprindere prin scânteie): În această configurație, combustibilul este injectat fie în colectorul de admisie, fie în camera de combustie, unde este combinat cu aerul, iar amestecul aer/combustibil este aprins de scânteia de la o bujie.

Sistem de evacuare: Sistemul de evacuare canalizează gazele de eșapament de la motor prin țeava de eșapament. Un catalizator cu trei căi este conceput pentru a reduce emisiile de la ieșirea motorului în cadrul sistemului de evacuare.

3.GAZ NATURAL

Gazul natural este un amestec gazos și inodor de hidrocarburi, alcătuit în principal din metan (CH4). Reprezintă aproximativ 30% din energia utilizată în Statele Unite. Aproximativ 40% din combustibil este destinat producției de energie electrică, iar restul este împărțit între utilizările rezidențiale și comerciale, cum ar fi încălzirea și gătitul, și utilizările industriale. Deși gazul natural este un combustibil alternativ dovedit și fiabil, care a fost folosit de mult timp pentru alimentarea vehiculelor pe bază de gaz natural, doar aproximativ două zecimi din 1% este utilizat ca combustibil pentru transport.

Marea majoritate a gazului natural este considerată combustibil fosil, deoarece provine din surse formate de-a lungul a milioane de ani prin acțiunea căldurii și a presiunii asupra materialelor organice. Alternativ, gazul natural regenerabil (RNG), cunoscut și sub numele de biometan, este un combustibil pentru vehicule de calitate pentru conducte. Acesta este produs prin purificarea biogazului, care este generat prin digestia anaerobă a materialelor organice – cum ar fi deșeurile de la gropile de gunoi și animalele – sau prin procese termochimice, cum ar fi gazificarea. RNG se califică drept biocombustibil avansat în conformitate cu standardul privind combustibilii regenerabili.
Deoarece RNG este identic din punct de vedere chimic cu gazul natural convențional derivat din fosile, acesta poate utiliza sistemul existent de distribuție a gazelor naturale și trebuie să fie comprimat sau lichefiat pentru a fi utilizat în vehicule.

GNC și GNL ca combustibili alternativi pentru transporturi
Două forme de gaz natural sunt utilizate în prezent în vehicule: gazul natural comprimat (GNC) și gazul natural lichefiat (GNL). Ambele sunt produse la nivel național, au prețuri relativ scăzute și sunt disponibile în comerț. Considerate combustibili alternativi, GNC și GNL sunt vândute în unități de echivalent litru de benzină sau de motorină (GGE sau DGE), pe baza conținutului energetic al unui litru de benzină sau de motorină.

Gaz natural comprimat
GNC este produs prin comprimarea gazului natural la mai puțin de 1% din volumul său la presiunea atmosferică standard. Pentru a asigura o autonomie de deplasare adecvată, GNC este stocat la bordul unui vehicul în stare gazoasă comprimată la o presiune de până la 250 bar.
GNC este utilizat în aplicații ușoare, medii și grele. Un vehicul alimentat cu GNC are aproximativ aceeași economie de combustibil ca un vehicul convențional pe benzină, pe baza GGE. Un GGE echivalează cu aproximativ 2,5 kg de GNC.






Gaz natural lichefiat
GNL este gazul natural în formă lichidă. GNL este produs prin purificarea gazului natural și răcirea acestuia la -165°C pentru a-l transforma în lichid. În timpul procesului cunoscut sub numele de lichefiere, gazul natural este răcit sub punctul său de fierbere, eliminând majoritatea compușilor străini care se găsesc în combustibil. Gazul natural rămas este în principal metan, cu cantități mici de alte hidrocarburi.
Din cauza costului de producție relativ ridicat al GNL, precum și a necesității de a-l stoca în rezervoare criogenice costisitoare, utilizarea combustibilului în aplicații comerciale a fost limitată. GNL trebuie păstrat la temperaturi scăzute și este depozitat în recipiente sub presiune cu pereți dubli, izolate în vid. GNL este potrivit pentru camioanele care au nevoie de distanțe mai mari, deoarece lichidul este mai dens decât gazul și, prin urmare, se poate stoca mai multă energie pe volum. GNL este utilizat în mod obișnuit la vehiculele de capacitate medie și mare. Un GGE este egal cu aproximativ 5,6 litri de GNL.

Cum funcționează vehiculele cu gaz natural ?

Vehiculele cu gaz natural comprimat (GNC) funcționează la fel ca vehiculele pe benzină cu motoare cu combustie internă cu aprindere prin scânteie. Motorul funcționează la fel ca un motor pe benzină.
Gazul natural este stocat într-un rezervor de combustibil sau într-un cilindru, de obicei în partea din spate a vehiculului.

Sistemul de alimentare cu GNC transferă gazul de înaltă presiune din rezervorul de combustibil prin conductele de combustibil, unde un regulator de presiune reduce presiunea la un nivel compatibil cu sistemul de injecție de combustibil al motorului. În cele din urmă, combustibilul este introdus în colectorul de admisie sau în camera de combustie, unde este amestecat cu aer, apoi comprimat și aprins de o bujie de aprindere.

Gazul natural alimentează peste 23 de milioane de vehicule din întreaga lume. Vehiculele pe bază de gaze naturale (NGV) reprezintă o alegere bună pentru flotele cu kilometraj mare, alimentate la nivel central, deoarece pot oferi o autonomie de combustibil similară pentru aplicațiile care rămân într-o regiune sprijinită de o alimentare fiabilă cu gaz natural comprimat (CNG). Pentru vehiculele care se deplasează pe distanțe lungi, gazul natural lichefiat (GNL) oferă o densitate energetică mai mare decât GNC, ceea ce înseamnă că autonomia de combustibil este mai comparabilă cu cea a combustibilului convențional. Avantajele gazului natural ca și combustibil pentru transporturi includ disponibilitatea sa pe plan intern, infrastructura de distribuție extinsă și emisiile reduse de gaze cu efect de seră față de benzina și motorina convenționale.

Puterea, accelerația și viteza de croazieră a vehiculelor pe bază de GNV sunt comparabile cu cele ale vehiculelor echivalente alimentate cu combustibil convențional. De asemenea, în comparație cu vehiculele convenționale pe motorină și benzină, vehiculele pe bază de GNV oferă și alte beneficii pentru calitatea aerului, în afara emisiilor de gaze cu efect de seră.

Vehiculele pe bază de GNV pentru vehicule medii și grele sunt disponibile de la producătorii de echipamente originale, precum și prin intermediul unor instalatori calificați de modernizare a sistemelor. De asemenea, instalatorii de sisteme calificați pot converti în mod economic, sigur și fiabil multe vehicule pentru funcționarea cu gaz natural cu ajutorul sistemelor de conversie de pe piața secundară. GNC și GNL sunt considerați combustibili alternativi.

Tipuri de vehicule pe gaz natural
Există trei tipuri de vehicule pe gaz natural:
● Dedicate: Aceste vehicule sunt concepute pentru a funcționa numai cu gaz natural.
● Bi-combustibil: Aceste vehicule au două sisteme de alimentare separate care le permit să funcționeze fie cu gaz natural, fie cu benzină.
● Dublu-combustibil: Aceste vehicule au sisteme de alimentare care funcționează cu gaz natural, dar utilizează motorină pentru asistență la aprindere. Această configurație este în mod tradițional limitată la vehiculele grele.
Vehiculele cu GNC stochează gazul natural în rezervoare în care acesta rămâne în stare gazoasă sub presiune.
La bordul unui vehicul care utilizează GNL se poate stoca mai mult combustibil, deoarece combustibilul este depozitat sub formă lichidă, ceea ce face ca densitatea sa energetică să fie mai mare decât cea a GNC. Acest lucru face ca GNL să fie potrivit pentru camioanele din clasele 7 și 8 care necesită o autonomie mai mare. Adesea, alegerea combustibilului este determinată de factori precum nevoile aplicației vehiculului (de exemplu, cerințele de putere) și autonomia de deplasare necesară.

Autonomia de deplasare a vehiculelor GNV este, în general, mai mică decât cea a vehiculelor comparabile pe motorină sau benzină, din cauza densității energetice mai mici a gazului natural. Rezervoarele de stocare suplimentare pot crește autonomia, dar greutatea suplimentară poate înlocui capacitatea de încărcare.
Continuare în numărul următoring. Adrial Paralache