3-1 altern goriva za oto

2 Oprema vozila sa oto motorima

148

2.3.2 Alternativna goriva za oto motore

Primena raznih goriva u motorima SUS je više „uzdah“ nego realnost. Sve je počelo sa N. Ž. Kinjo (Nicolas Joseph Cugnot) koji je 1763. godine provozao "prvu drumsku lokomotivu" sa parnim kotlom ispred vozača (u Francuskoj se uzima kao zvanični početak automobilske ere). To prvo "samokretno" vozilo je svoj dolazak na svet započelo saobraćajnim udesom i višegorivim pogonom trasirajući tim problemima kasniju sudbinu svoga roda. Prvi oto motori su radili na prirodni gas, a prvi dizel motori su projektovani za ugljenu prašinu. Nafta je dopremana u Evropu u burićima (barelima), a petrolej za osvetljenje je bio glavni motiv. Tek kada je benzinska žeđ pokrenula petrohemijsku i ostalu primenu nafte došlo je do simultanog razvoja motora i pogonskih materijala.

Strogi ekološki zakoni su poremetili tu harmoniju. Naftna tečna goriva su toliko ušla u svakodnevnicu da se sva ostala nazivaju "alternativna goriva". Po agregatnom stanju alternativna goriva mogu biti gasna, tečan i čvrsta. Sadašnji vozni park je projektovan za tečna goriva. Gasna su najbliža primeni u motorima SUS jer se sagorevanje obavlja u gasnoj fazi, a čvrsta se samo pominju. Ne postoji univerzalna formula za definisanje "idealnog" goriva.

Velika je disonanca između bombastih izjava o "novim" ili "obnovljivim" gorivima i njihovim prednostima jer se pod tim podrazumevaju čiste komponente. Jedna tipična zamena teze je vezana za prirodni gas koji će i bez toga biti energent ovog veka. Optimističke studije o prirodnom gasu u vozilima operišu sa čistim metanom. Nažalost, čistog metana nema nigde u prirodi. On je uvek u smeši sa drugim primesama u različitim procentima. Da bi se prirodni gas koristio kao gorivo potrebno ga je prečišćavati do koliko-toliko ustaljenog sastava i kvaliteta. Osnovna poenta je da prirodni gas treba u tehničkom smislu prihvatiti kao vrhunsku sirovinu za kvalitetno motorno gorivo. Dakle, distribucija je veliki investicioni problem, a motorska primena zahvalan konstruktorski posao. Sličan oprez mora da se primeni na alkohole i druga goriva jer pohvale iz laboratorija ne garantuju primenske kvalitete koji su rezultat višegodišnje simbioze motora SUS i tečnih naftnih goriva. Trenutni zaključak o alternativnim gorivima je poražavajući: ne postoje goriva koje će u kratkom roku i u većem procentu zameniti naftna goriva u motorima SUS po kriterijumima primene i S+3E. Bitna je činjenica da naša okolina ne može primiti tolike količine otpadaka bez ozbiljnijeg poremećaja ekosistema. Promena navika i poboljšanje mašina i tehnologija je uslov opstanka života na planeti Zemlji.

Po američkim klasifikacijama svi nenaftni energenti, dakle i gorive ćelije, spadaju u grupu alternativnih goriva. Svaki proizvođač je zato obavezan da ponudi najmanje 2% vozila sa takvim rešenjima. Slede stimulativne mere kroz niže cene registracije i manje poreske dažbine po osnovi "delimično regenerativnih" izvora sirovina i niske sirove emisije iz motora.

Tokom 150 godina industrijskog vađenja nafte prognoze o njenim rezervama nikada nisu bile optimističke. Strateške studije, slika 2.40a, ovako predviđaju razvoj goriva, a to je i budućnost (ili kraj!) motora SUS:

1.- Hibridni pogon vozila = motori SUS + elektro motori + gorive ćelije +? 2.- Goriva: naftna + bio + gasna + vodonik+...??? Rezerve uglja se procenjuju na par stotina godina, nafte na 100 i sasvim je

svejedno kolika je preciznost tih prognoza, takvi su materijalni, sirovinski i energijski

2.3 Goriva za oto motore

149

potencijali naše Planete. Na Zemlji ne postoje obnovljivi izvori ni bilo koje materije ni bilo kojih goriva. Sve je delimično obnovljivo pa je samim tim pojam obnovljivosti stvar dogovora. Procene za proizvodnju termogenih materija iz "delimično obnovljivih izvora" su za razvijene (i prenaseljene) EU članice manje od 6%, dok su za novoprimljene i kandidate reda veličine 15 % za potrebe transporta i to tek posle 2020. godine!

Slika 2.40a : Prognoze energetske budućnostI

Slika 2.40b: Vrste alternativnih goriva u SAD 2006. godine

Slika 2.40c: Vozilo na hibridni pogon i sa alternativnim gorivima

Dijagram na slici 2.40b pokazuje da je u SAD od 2% udela alternativnih

goriva najveći procenat alkohola, E85 sa 54%, sledi bio dizel B20 sa 21% i tako redom. U poređenju sa naftnim gorivima, slika 2.40c, vozila sa alternativnim gorivima imaju najveći problem sa smeštajem rezervoara, a kada su na elektropogon sa zapreminom, težinom i održavanjem akumulatora.


150

2.3.2.1 Gasovita goriva za pogon oto motora

Stalni porast potrošnje energenata otvara vrata svim potencijalnim zamenama za naftu. Za potrebe transporta prednost se daje tečnim materijama zbog jednostavnog manipulisanja. Kada se govori o gasovima kao gorivima onda se mora znati da su to smeše raznih ugljovodonika. Tako se u razvijenim zemljama sa velikim rafinerijama računa sa naftnim tečnim gasom (NTG- naftni tečni gas). On se u Americi zove "propan", a u EU "autogas". NTG se dobija tokom prerade nafte u rafinerijama (5-10%) ili sintetskim putem iz prirodnog gasa. Podaci za čiste komponente su dati u tabeli 2.10.

Tabela 2.10: Karakteristike gasnih goriva (za gasovita goriva: * MJ/nm3

) Karakteristike Dim. Propan Izo-butan Etan Metan Vodonik

MJ/kg 46.3 45.6 47.5 50 120 Toplotna moć MJ/L 23.6 26.4 64* 36* 11*

Gustina na 0oC kg/m3 2 2.7 1.36 0.72 0.09

U odnosu na vazd.

Relat. 1.54 2.09 1.05 0.56 0.07

Gustina tečnosti kg/L 0.51 0.58 Gasovi Tečna faza na 1 bar

oC - 43 -10 -88 - 161 -250

Molekulska masa g/mol 44 58 30 16 2 Količina C 82 83 80 75 0 Količina H 2

% m 18 17 20 25 100

Sumarna formula C3 H8 C4 H10 C2H6 CH4 H2 Oktanski broj 111 101 130 50 Metanski broj 35 10 43 100 0 Miris: obavezno dodavanje jakih i neprijatnih mirisa radi provere zaptivnosti sistema napajanja!

Izuzimajući vodonik, svi gasovi su dobra goriva za oto motore: smeša je

visokog oktanskog kvaliteta i spremna za potpuno sagorevanje, rad motora ekonomičan, zagađenje manje, vek ulja i motora duži i td. Nedostatci su: problematičan hladan start, komplikovana distribucija goriva i umanjena bezbednost u saobraćaju, opasnost od izostajanja paljenja i propuštanja u karter posebno kod starijih vozila itd. Antidetonacione osobine se mere oktanskim i metanskim brojem (MB). Kada je reče o metanskom broju onda metan ima 100 uslovnih jedinica, a vodonik 0. Na opitnom motoru se traži granica detonacije i upoređuje sa repernim gorivom:

MB-metanski broj=X =100% mešavine = X % metana+(100 - X)% vodonika

Za smeše raznih gasova metanski broj se računa na bazi MB za čiste gasove:

MB smeše = ∑ Xi MBi /100= 1/100 ( X1 MB1 + X2 MB2 + ...) (2.7)

- Xi - zapreminski procentni udeo datog gasa u smeši - MBi -eksperimentalno određeni MB datog gasa (ili empirijske vrednosti).

Na serijskim motorima u realnim uslovima se određuju "eksploatacioni"

metanski brojevi. Taj deo priče se ponavlja na identičan način kao za motorne


151

benzine. Najvažnija osobina autogasa (NTG) je da na temperaturama okoline i uz relativno niske pritiske prelazi u tečnu fazu.

Nedostatke moramo sagledati kroz varijantu konstruktivnog opremanja vozila. Za sada je uobičajeno dvo-gorivo napajanje. Dakle, na postojeće motore sa celokupnom instalacijom za benzin treba dodati novu opremu sa rezervoarom, regulacijom i sa prebacivačem na gas. Energetska koncentracija gasovitih goriva je daleko niža od benzina. Zato je za isti akcioni radijus potrebna veća zapremina rezervoara. Tek u jedno-gorivom izvođenju, samo za gas (a pogotovu ako se u tečnoj fazi ubrizgava direktno u cilindre!), motoru se može podići stepen kompresije pa time snaga i ekonomičnost.

Svaki gas ima neke specifičnosti u zahtevima prema mazivu: prirodni gas je metan sa primesama, u gradskom ima sumpora, biogas je korozivan i sl. Zato se mazivo bira po vrsti gasa. Načelna podela maziva za gasne motore je prema pojavi pepela: maziva bez pepela kada ga je manje od 0.1%, srednji udeo je do 1% i maziva sa puno pepela su preko 1% težinski. Maziva bez pepela se koriste za dvotaktne motore. Četvorotaktni motori traže mazivo sa pepelom radi dugotrajnijeg rada ventila. U detalje spada ograničavanje fosfornih jedinjenja i antikorozivnih inhibitora, ali svaki OEM to definiše po svom iskustvu. Na kraju u nedostatke gasnih goriva ubrajamo i njihovu toksičnost i upaljivost. Iz bezbednosnih razloga gasovima se dodaju neprijatni mirisi tako da ih korisnici u slučaju curenja što pre i što lakše detektuju.

Vodonik. Vodonik se nalazi svuda oko nas, ali nikada u slobodnom stanju. Njegovi molekuli su najlakši i najbrži (prosečna brzina 2000 m/s) pa beže iz zemljine atmosfere. Dobijanje i skladištenje vodonika je vrlo zametno i skupo. Ni tečni vodonik (na 250 oC) ni sabijeni (do 200 bar-a) nije prikladan za transportna sredstva. Po masi kW h/kg i zapremini kW h/L ne odgovara vozilima jer ima loše karakteristike po kriterijumima oto i dizel motora, slika 2.41.

Slika 2.41: Odnosi energija/težina, kW h/kg i energija/zapremina, kW h/L


152

Jedina šansa mu je u novim gorivim ćelijama, sa katalitičkim hladnim (!?) sagorevanjem. Inače je vodonik nezamenljiv kao sirovina za doradu i korigovanje brojnih osobina drugih goriva.

NTG - Naftni tečni gasovi (autogas, propan/butan). Tokom rafinerijske

prerade nafte, i po sličnoj tehnologiji iz prirodnog gasa, dobija se gorivo "NTG -naftni tečni gas", tabela 2.11. U rafinerijskim smešama ima težinski više od 95 % propana, koji je izvanredno gorivo po isparljivosti i oktanskom broju. Zbog raznovrsne primene NTG u industrijskim zemljama, manje od jedne trećine NTG se koristi za transport, tabela 2.12. Tabela 2.11: Terminologija u skladu sa EN 589:2004

Srpski Gorivo za vozila: NTG – naftni tečni gasovi Engleski Automotive fuels: LPG- Liquefied Petroleum Gas Francuski Carburant pour automobiles: GPL- Gaz de pétrole liquéfiés Nemački Kraftstoffe für Kraftharzeuge- Flüssiggas

Tabela 2.12: NTG u svetu i po većim zemljama za potrebe transporta

NTG je namenjen uglavnom putničkim vozilima (ISO 9162). Ukupan broj

vozila u EU je oko 4 miliona, a u svetu oko 8 miliona. U EU ima blizu 1300 autobusa (uglavnom Francuska i Beneluks) na NTG, od toga je150 dovedeno na Euro 4 i 5 norme. Manipulisanje sa NTG zahteva punu primeni svih mera zaštite od požara i eksplozije. Zakonima o bezbednosti saobraćaja propisane su minimalne mere zaštite i način ugradnje rezervoara. U evropskim normama se posebno propisuju uslovi ispitivanja. Temperatura zapaljenja otvorenim plamenom je vrlo niska od -12 do -48oC. Temperatura upaljenja toplom površinom je od +455 do +470oC. U vazduhu se može zapaliti smeša sastava od 2% do 10 % gasa. U istom opsegu su i eksplozivne koncentracije. U slučaju požara treba koristiti čvrsta sredstva, pene i CO2. Pri rukovanju sa NTG moraju se ukloniti sva otvorena plamišta, električni uređaji bez sigurnosne zaštite i elektrostatički izvori varničenja. Sva ispitivanja NTG treba izvoditi u bezbednosnom i provetrenom ambijentu jer su ovi gasovi teži od vazduha. NTG u tečnoj fazi rashlađuje kožu, a sve osobe moraju nositi zaštitnu opremu kao što su odela, rukavice i naočari. Udisanje većih količina gasova je opasno po zdravlje. Svako udisanje NTG treba svesti na minimum. Za osoblje koje radi sa NTG osmosatni prosek ne sme preći 1800 mg/m3, ili 10-minutni maksimum mora biti ispod 2250 mg/m3. Evropski normativi propisuju obavezno dodavanje smrada (neprijatnog mirisa) i opisuju načine indiciranja pojave NTG pri inhaliranju.

Sa tečnim gorivima postoje stalni problemi sa isparavanjem u hladnim uslovima i parnim čepovima u toplim. Sa NTG je drugi slučaj. Kod prve generacije karburatorskih motora na autogas on se uvodi pod pritiskom u isparivač i reduktor pritiska. Iz njih izlazi potpuno isparen NTG. Pritisak iz rezervoara potiskuje autogas u karburatorski motor, a depresija iz usisne cevi ga vuče. U NTG najviše ima propana, ali uz redovnu pratnju butana i etana, uobičajeni sastav NTG je naveden u tabeli 2.13.

Svet Evropa Turska Holandija Francuska Količine u milionima tona 15 5 0.13 0.14 0.02 Broj pumpnih stanica 30.000 15.000 2.300 2.000 1.800


153

Tabela 2.13: Uobičajeni sastav NTG (autogasa) u pojedinim zemljama Evrope Zemlje Aus. Bel. Dan. Eng. Hol. Nem. Švaj. Šved.

Leti 80/20 50/50 70/30 70/30 50/50 Propan/ butan Zimi 20/80 30/70 50/50

Pro-pan 30/70

Pro- pan

Pro- pan Propan

Pritisak NTG (autogasa) u boci Temperatura,

oC 0 +10 +20 +30 +40 +50

Pritisak u boci, bara 4 6 8 11 14 17 Tabela 2.14: Svojstva NTG kao motornog goriva po EN 589:2001

Karakteristike Dim. Min. Max. Test metode MOB-motorni oktanski broj MOB 89 - Računski! (izraz (2.7) i

Tabela 2.16) Komponente u ukupnom sastavu % mol - 0.5 EN 27 94 Sumporvodonici Nema EN ISO 8819 Sumpor (posle odorizacije) mg/kg 50 EN 22260;ASTM D3246-

96 Korozija na Cu (1 h na 40

oC) Ocena 1 EN ISO 6251

Ostatak posle isparavanja mg/kg 100 EN ISO 13757 Napon para (po manometru) na 40

oC

kPa 1550 EN ISO 4256 i 8973

A - 10 B - 5 C 0

Temperature po klimatskim zonama, za napon para min 150 kPa (manometarski pritisak) D

o C + 10

EN ISO 8973 i tabela 46.d sa naponima para raznih ugljovodonika u zimskom periodu (za svaku zemlju)

Voda Bez pojave inja i leda na 0oC EN 13758 i EN ISO 3993 Metanol (kao jedini antifriz!) mg/kg 2000 ISO 8174

Smrad: Neprijatan i specifičan pri 20 % LEL-Lower Explosion Limit (najniža vrednost eksplozivnog sastava smeše)

Evropskim standardom se propisuje napon para po geografskim zonama

zbog kontrole sastava i kvaliteta NTG. Izračunavanje apsolutnog napona para smeše je po propisu ISO 8973, tabela 2.14, a podaci za gasove sa najvećim učešćem su dati u tabeli 2.15.

Tabela 2.15: Napon para nekih gasova pri raznim temperaturama

Napon para, kPa na - 10 oC na - 5 oC na 0 oC na + 10 oC na + 40 oC Metan 21.334 22.742 24.211 27.333 38.230 Etan 1.873 2.128 2.407 3.040 5.613 Propan 346 405 472 630 1.353 Propen 473 510 591 785 1661 Butan 71 86 104 149 376 Izobutan 88 106 129 183 457

Oktanski motorni broj (MOB) se računa (2.7) na osnovu molnog učešća

svake komponente (iznad 0.1 mol %) i njene empirijske vrednosti motorskog oktanskog broja, tabela 2.16. Kada se svi proizvodi saberu (2.7) dobije se računski motorni oktanski broj smeše (zaokružen na nižu vrednost iza decimalnog znaka).


154

Tabela 2.16: Faktori za računanje MOB smeša naftnih tečnih gasova Komponente u smeši Empirijski MB Molarni Maseni Zapreminski Propan ( + C2) 95,4 95,9 95,6 Propen 83,9 82,8 83,1 Butan (+C5) 89 88,9 88,9 Izobutan (2-metilpropan) 97,2 97,1 97,1 Buteni 75,8 76,8 75,7 Napomena: ovo su empirijske vrednosti koje služe za računanje motorskog oktanskog broja NTG prema izrazu (2.7)

Po motorskim kriterijumima NTG - autogasovi spadaju u kvalitetnija goriva jer

je propan bolji od postojećeg Super +, a butan od premium benzina, slika 2.42. Smeša NTG i vazduha se lako pali i kada je siromašna, a to su upravo potrebe visoko ekonomičnog rada. Sa druge strane visok oktanski broj omogućuje podizanje stepena kompresije i dalje poboljšanje ekonomičnosti. Takvi motori na jedno gorivo, NTG- autogas, imaju daleko bolju sirovu emisiju (emisija na izlazu iz motora pre katalizatora) po sve tri komponente HC, CO i NOx u poređenju sa benzinskim varijantama motora.

Slika 2. 42: Oktanske vrednosti NTG i benzina

Prirodni gas. Po motorskim merilima prirodni gas se može koristiti kao jedino gorivo bilo u oto bilo u dizel motoru. Isto tako može biti sparen sa svakom vrstom naftnog ili dokazanog alternativnog goriva (niži i viši alkoholi, biomase, biogas). Prirodni gas se - za primenu u vozilima- može obraditi:

- fizički - u komprimovani (KPG) ili tečni (TPG) prirodni gas, - hemijski - u sintetske benzine i u metanol, - hemijski - u aditive za goriva oto motora kao na primer u MTBE.


155

Tabela 2.17: Sastav prirodnog gasa %, V/V

Metan - CH4 70 - 90 Etan - C2H6; Propan - C3H8; Butan - C4H10 0 – 20 Ugljendioksid - CO2 0 – 8 Azot - N2 0 – 5 Vodonik sulfid - H2S 0 – 5 Kiseonik -, O2 0 – 0.2

Za sada, nije dovoljno sagledano koje sve funkcije moraju da preuzmu

punionice vozila prirodnim gasom zbog varijacija njegovog sastava zavisnog od porekla izvorišta, tabela 2.17

Postojanje aditiva za ujednačavanje oktanskih kvaliteta različitih sastava prirodnog gasa samo još jednom podvlači značaj ove problematike. Za sada samo u Kaliforniji (California Environment Protection Agency) i Japanu postoje standardi za prirodni gas kao motorsko gorivo, u SAD je federalnim propisima definisan sastav prirodnog gasa kao referentnog goriva za ispitivanje emisije izduvnih gasova, tabela 2.18.

Tabela 2.18: Specifikacija prirodnog gas prema California Environment Protection

Agency-standard (01.05.1999.) i referentno gorivo prema Federal Environment Protection Agency

Kalifornija EPA Federalna EPA Test metoda

Specifikacija Vrednost

Metan 88 mol.% (min.) 89 mol.% (min.) Etan 6.0 mol.% (max.) 4.5 mol.% (max.) C3 i viši HC 3.0 mol.% (max.) 2.3 mol.% (max.) C6 i viši HC 0.2 mol.% (max.) 0.2 mol.% (max.) Kiseonik 1.0 mol.% (max.) 0.6 mol.% (max.) Suma CO2 i N2 1.5-4.5 mol.% 4.0 mol.% (max.)

ASTM D 1945-81

Vodonik 0.1 mol.% (max.) - Ugljen monoksid 0.1 mol.% (max.) -

ASTM 2650-88

Čestice Ne sme sadržati prašinu, pesak, blato, gumu, ulje i druge materije koje mogu štetiti opremi stanice za punjenje ili opremi vozila

Sumpor 16 ppm vol. (max.) - Title 17 CCR Section 94112

Smrad: Neprijatan i specifičan pri 1/5 donje granice upaljenja

Kada se rekonstruiše benzinska varijanta oto motora onda je neophodno, u

skladu sa izuzetno visokim oktanskim kvalitetima prirodnog gasa (130 i više oktana), izvršiti optimiranje motora. Samo sa optimiranim rekonstruisanim motorom mogu se iskoristiti sve prednosti prirodnog gasa kao veoma kvalitetnog goriva za motore.

U Srbiji je usvojen međunarodni propis o prirodnom gasu kao "motornom gorivu". Trenutno je malo mesta za podizanje pritiska u bocama za prirodni gas do 200 bar. U Beogradu se nalazi jedna kompresorska stanica u krugu "IkarBusa" (prvenstveno za putnička vozila), a u Novom Sadu u krugu NIS-a. Prirodni gas se pre toga ne priprema po standardu kao „prirodni gas-motorno gorivo" već uzima direktno iz gasovoda!?


156

2.3.2.2 Alkoholna tečna goriva za oto motore

Alkohole možemo smatrati derivatima vode. Ako formulu vode napišemo ovako H-O-H pa umesto jednog vodonika unesemo alkilnu grupu R dobijamo R-OH. Grupa R može biti bilo koja alkilna grupa sa otvorenim ili cikličkim nizom. Prema broju hidroksilnih grupa vezanih za jedan molekul alkoholi se dele na jedno/mono i više poli/hidroksilne. Prema ugljeniku za koji su vezane hidroksilne grupe alkoholi se dele na primarne (metanol, etanol), sekundarne (IPA) i terciarne (TBA): Cn H 2n+1 OH ili R-OH (R je alkilna grupa). EU dozvoljava u motornim benzinima ograničene količine, alkohola, 2.5-3.7 %. Pojedinačne komponente ne smeju preći vrednosti iz tabele 2.19 (ostali oksigenati se ne nabrajaju ali se udeo ograničava na 7-10 % zavisno od propisa u pojedinim zemljama).

Tabela 2.19: Alkoholi koji se koriste kao motorna goriva

Oktanski broj Alkoholi

EU doz-voljava

Ključanje o

C Gustina kg/m

3 Hd

MJ/kg IOB MOB Metanol max. 3 % 65 791 20 114 95 Etanol max. 5 % 78 789 27 111 94 Izopropil 5 -10 % 82 775 30 118 101 IBA-izobutil 7 - 10 % 107 802 32 110 90 TBA-tercbutil max.7 % 83 787 34 106 94 Metanol CH3OH; etanol C2H5OH; IPA-izopropil alkohol C3H7OH; SBA-sekundarni butil alkohol C2H5CH-(OH)CH3; IBA-izobutil alkohol (CH3)2-CHCH2OH; TBA- terciarni butil alkohol (CH3)3COH.

Alkoholi imaju niske donje toplotne moći, ali visoke toplotne moći smeša i

visoke latentne toplote isparavanja, slike 2.43 a i b. Motori projektovani za čista alkoholna goriva mogu imati visoke stepene kompresije i velike snage.

Slika 2.43a: Oktanske vrednosti mešavine benzina i alkohola


157

Slika 2.43b: Toplotne moći i toplote isparavanja mešavina benzina i alkohola

Etanol. Etanol CH3CH2OH, je "zeleni alkohol" koji se dobija iz rastinja, agro

plodova i biljnih otpadaka. Karakteristike etanol-a date su u tabeli 2.20. Zahvaljujući visokim oktanskim brojevima rado se koristi u oto motorima. Uglavnom postoje dve formulacije goriva. Jedna je sa niskim udelom etanola od 10-20%, a druga sa visokim udelom etanola od 85% u bezolovnom benzinu. Tabela 2.20: Etanol (denaturisani) kao motorno gorivo (predlog u EU)

Karakteristike Dim. Min Max Metode a Istraživački oktanski broj, IOB

95 EN ISO 5164

Motorni oktanski broj, MOB 85 EN ISO 5163 Sadržaj sumpora

b mg/kg 20 c ISO 20846; ISO

20884 Oksidaciona stabilnost min. 360 EN ISO 7536 Prisustvo gume mg/(100mL) 5 EN ISO 6246 Prozirnost na 15

oC Čisto i svetlo (vizuelna ocena)

Viši alkoholi (C3-C8) % v/v 2 Metanol % v/v 1 Etri (5 i više C atoma) % v/v 5.2

EN 1601 EN 13132

Fosfor mg/L Ni u tragovima ASTM D 3231 Prisustvo vode % v/v 0.3 ASTM E 1064 Neorganski hloridi mg/L 1 ISO 6227 pHe 6.5 9 ASTM D 6423 Korozija na bakar, 3h na 50

oC

Ocena klasa 1 EN ISO 2160

Kiselost (na sirćetnu k.) % m/m 0.005 ASTM D 1613 Napomene a, b c: kao za benzine, 10 mg/kg obavezno u EU !


158

Slika 2.44a: Etil alkohol u Brazilu

Slika 2.44b: Goriva u Nemačkoj 2005.g.

U Brazilu se kreće skoro 4

miliona vozila, sa karburatorskim motorima i bez katalitičkih tehnologija za izduvne gasove, koja su fabrički podešena za E-goriva, slika 2.44a. U Nemačkoj, slika 2.44b, su količine alternativnih goriva sasvim simbolične, biodizela 2,7 %, a etanola bio porekla manje od 1 %. Gorivom iz (delimično) obnovljivih izvora se smatra E85 koje ima 15 % benzina, a 85 % etanola. U toplim podnebljima je dovoljno 15 % benzina da se reše problemi pri startu i radu nezagrejanog motora. Kako je tržište šećerne trske i finalnih proizvoda podložno oscilacijama u cenama sa amplitudama +100 % tako se trese i ovaj program.

Metanol. Metanol, CH3OH, je

mono-primarni alkohol velike otrovnosti. Otrovnog je dejstva na sva bića u tečnom ili parnom stanju. To je razlog zbog koga se njegova primena strogo ograničava. Poznat je kao "alkohol iz drveta" mada se industrijski dobija iz prirodnog gasa (u Kikindi). Inače ima dobra primenska svojstva pa može da se meša sa benzinom (u nepostojane mešavine). Veliki procenti metanola u benzinu otežavaju startovanje. Postoje problemi sa korozijom, raslojavanjem, higroskopnošću i taloženjem. Tada se moraju dodavati emulgatori: izopentan, dimetiletar ili viši etri. Pored visokih oktanskih kvaliteta ima veliku latentnu toplotu koja snižava temperature u cilindru i emisiju NOx. Motor za čist metanol može imati optimalan stepen kompresije (12-15).

Na slici 2.45 su prikazani naši rezultati ispitivanja koji pokazuju da se sa čistim metanolom mogu dobiti veći stepeni korisnosti. Povećanje stepena korisnosti se ostvaruje na račun:

Slika 2.45: Karakteristike motora u radu sa

metanolom i benzinom (test na MFKg)


159

manjih vrednosti za specifične toplote produkata sagorevanja (odnosno veće vrednosti eksponenta adijabate koji daju veći termodinamički stepen korisnosti); velike latentne toplote isparavanja koja smanjuje negativni rad kompresije; veće vrednosti, u proseku za 10%, stvarnog koeficijenta promene broja molova u toku sagorevanja itd. Lako se podešava za siromašne smeše, a ima izuzetno visok oktanski broj pa ga sportisti jako cene. Na trkama Indianopolis 500 milja od 1964. godine osnovno gorivo je metanol.

Etri. Etri se mogu smatrati derivatima vode H-O-H ako joj oba atoma

vodonika zamenimo alkilnim grupama R-O-R. Do sličnog zaključka dolazimo kada iz dva molekula alkohola odvojimo vodu pa su tada etri anhidridi alkohola. Ako su alkilne grupe iste onda su to prosti etri (na primer, DMM). Kada su alkilne grupe različite onda su to mešoviti etri: MTBE, TAME i sl. Takve kombinacije, iznad C5, imaju istraživačke oktanske brojeve iznad 100 i motorne oko 100. Niži članovi su na standardnim uslovima gasoviti, većina ih je tečna, a neki viši su čvrste supstance. Trenutno se najčešće govori o MTBE koji se dobija po tehnološkom postupku sinteze metanola i olefina (izobutena) koji je jeftiniji nego za sve druge oksigenate. Inače je zbog nešto niže toplotne moći potrošnja reformulisanog benzina veća (zavisno od udela etera u gorivoj smeši) ali je zahvaljujući vezanom kiseoniku manja emisija CO i HC. Mešavine benzina i etra pokazuju dobru isparljivost, visoke oktanske vrednosti i toleranciju prema vodi. EU preporuka 85/536 dozvoljava dodavanje oksigenata sa C5 i više molekula do 15 % ako je tačka isparavanja ispod 215 oC, tabela 2.21.

Alkoholi su sirovine za dobijanje mnogih drugih organskih jedinjenja: alkana, etara, estera, kiselina, aldehida, ketona itd. Rastvorljivost primarnih alkohola u naftnim gorivima povećavaju viši alkoholi i etri.

Tabela 2.21: Etri koji se koriste kao dodaci benzinima

Karakteristike MTBE ETBE DIPE TAME PTBE Istraživački oktanski broj IOB 114 118 110 111 98 Motorni oktanski broj MOB 98 102 100 98 Gustina kg/m3

740 747 725 770 740 Toplotna moć MJ/kg 26 27 26.5 28 27.4 Napon para po Reidu kPa 480 280 240 160 200 Temperatura ključanja

oC 55 72 68 85 88.5 MTBE: metil-terciarni-butil-etar, CH3OC(CH3)3; ETBE: etil-terciarni-butil-etar, C2H5OC(CH3)3; DIPE: di-izo-propil-etar, (CH3)2CH-OCH(CH3)2; TAME: terciar-amil-metil-etar, CH3OC- C2H5(CH3)3; PTBE: izopropil-terciar-butil-etar, (CH3)2CH-OC(CH3)3.

Najveća su očekivanja od prevođenja metanola u visoko-oktanski MTBE ili

primena metanola kao sirovine iz koje se izdvaja vodonik, a onda u gorivim ćelijama proizvodi električna struja za elektronske aparate i mobilne uređaja, a možda jednog dana i za pogon vozila.

3-1 altern goriva za oto

Documents