1 

Engine Safety and Engine Safety and Alternative Fuels Use Alternative Fuels Use 

Matthew Veal, PhD NC State University 

Biological and Agricultural Engineering 

Engines Use Agenda Engines Use Agenda 

• Engine Safety •  Fuel Economy •  Fuel Storage • Environmental Issues •  Final Thoughts 

Biofuels Biofuels Blending Blending 

• Biofuels are often blended with their petroleum­based counterpart to improve performance. 

•  Ethanol: Loss of Energy •  Biodiesel: Cold Weather

2 

Biofuels Biofuels Blending Blending 

•  Biofuels are generally classified by the percentage of biofuel present in the blend 

• BXX for biodiesel • EXX for ethanol 

• E85 =  85% Ethanol 15% Gasoline 

• B20 =  20% Biodiesel 80% No. 2 Diesel 

Engine Safety Engine Safety 

• Generally, all engines are capable of burning some level of blended biofuel with no modification 

• Depending on the fuel type, the type and extent of the modification will change 

Engine Safety Engine Safety 

•  E10 will not harm an unmodified gasoline engine 

•  E10 is actually a very popular oxygenated fuel blend – Reduces greenhouse gas emissions – Sold in many urban areas – E10 is not considered an alternative fuel

3 

Engine Safety Engine Safety •  As the amount of ethanol increases precautions need to be taken. 

•  Engine modifications are needed to use E85 blends – Ethanol is corrosive 

• Destroys the rubber hoses • Eats away gaskets 

– Ethanol increases octane rating of fuel • Fuel­to­air ratio is modified these vehicles. 

Engine Safety Engine Safety •  Many automotive manufacturers are currently offering flex fuel or dual fuel vehicles. 

•  These vehicles provide the ability to burn either unleaded gasoline or E85 in the engine 

•  These vehicles sense the amount of ethanol present in the fuel system and adjust engine parameters accordingly 

•  Consumers are usually not charged for the flex fuel option 

Engine Safety Engine Safety

Flex fuel vehicles, like this Chev- rolet Avalanche, can be powered by either gasoline or E85.

4 

Engine Safety Engine Safety •  For older vehicles, there are “third­party” conversion kits available 

•  The EPA has yet to certify any of these kits •  EPA certification is necessary to insure the modification will not negatively impact the vehicle’s emissions 

•  Installing an unapproved conversion kit is violation of federal law and subject to penalty 

Engine Safety Engine Safety •  Adding ethanol increases the octane rating •  Higher octane fuels will combust more efficiently 

•  Burning ethanol blends in older engines will loosen harmful deposits in the engine and fuel system 

•  This may require replacement of the vehicle’s fuel filters 

Engine Safety Engine Safety •  Most diesel engine manufacturers are comfortable recommending  burning B5 and lower blends in their engines. 

•  The lubricating properties of biodiesel are very good 

•  The inclusion of biodiesel into fuel blends is being driven in part by the need to add lubricity to low­sulfur diesel fuel

5 

Engine Safety Engine Safety •  Biodiesel will dissolve rubber fuel lines and fuel pump gaskets in older engines. 

•  These rubber components should be replaced 

•  Biodiesel acts like a solvent and break­ up any petroleum build up in the fuel system – The service life of a fuel filter may be reduced 

Engine Safety Engine Safety •  The engine warranty is often a concern •  Warranties cover engine failures that result from “materials and workmanship” issues 

•  Fuel is not a concern of the engine manufacturer 

•  Any engine failure related to a contaminated or poor quality fuelwould not be covered by the warranty 

Engine Safety Engine Safety •  Engine manufacturers have limited the recommended amount of biodiesel allowed in motor fuel out of concern for the quality of the fuel 

•  As fuels standards are developed and commercialized biodiesel production increases, engine manufacturers are being more comfortable with higher biodiesel blends

6 

Engine Safety Engine Safety 

•  Biodiesel gels at a higher temperature – Affects cold flow characteristics – May require additives 

• No. 1 Diesel • Kerosene 

– Underground storage may be required 

Power and Fuel Economy Power and Fuel Economy 

•  Fuel Economy and Power are determined by the energy content of the fuel. 

•  Energy content is measured in British Thermal Units (BTU’s) or kilocalories (kcal) 

•  A BTU is the amount of energy needed to heat 1 pound of water 1 degree Fahrenheit at sea level. 

Power and Fuel Economy Power and Fuel Economy 

Diesel > Biodiesel > Gasoline > Ethanol

7 

Power and Fuel Economy Power and Fuel Economy 

• B2 fuel causes a drop in gas mileage that will probably not be noticeable 

• B20 fuel blend will lead to a 2% drop in fuel economy 

• B100 fuel will drop fuel economy by 10%. 

Power and Fuel Economy Power and Fuel Economy 

• E10 fuel will drop the gas mileage by 1­2% 

• E85 fuel will drop fuel economy by 20­30% depending on the vehicle 

• A gallon of E85 contains approximately 28% less energy than a gallon of regular gasoline. 

Power and Fuel Economy Power and Fuel Economy

A reduction in fuel economy when fueling a vehicle with E85 is typical.

8 

Are Are Biofuels Biofuels Cheaper? Cheaper? 

•  It really depends on market prices of petroleum products versus biofuels prices. 

• The blends also determine price –Lower blends (E10 or B5) are prices slightly less than or equal to petroleum products 

Are Are Biofuels Biofuels Cheaper? Cheaper? 

• Higher blends are more expensive –B100 has a high production cost and may cost as much as 25% more than No. 2 diesel fuel 

–E85 cost more because you have to buy more à lower energy content • $3.00/gal gasoline = $2.16/gal E85 

Fuel Storage Fuel Storage •  Ethanol is hydrophilic (“water­loving”) 

– Pipeline transportation is not valid – E85 requires special equipment and infrastructure for storage, transportation, and distribution 

•  At low temperatures ethanol is more flammable than gasoline, (At high temperatures the opposite is true)

9 

Fuel Storage Fuel Storage •  Fires involving ethanol blended fuels are very dangerous – Mix readily with water – Degrade effectiveness of common fire­fighting foams 

•  Ethanol is corrosive 

Fuel Storage Fuel Storage 

•  Storage is essentially the same as petroleum diesel 

•  Algae growth can occur especially if water is present in the fuel – Use Anti­Microbial Agent 

•  May require use of additive to improve oxidation stability 

Fuel Storage Fuel Storage 

•  Biodiesel Flash Point > 270 o F – Petroleum Diesel F.P.  = 125 o F 

•  Methanol Flash Point = 55 o F •  Be aware of ignition sources •  Biodiesel burns readily once it is ignited

10 

Environmental Issues Environmental Issues •  Pure ethanol is non­toxic, water soluble, and biodegradable 

•  Biodegrades if spilled in surface water, ground water, or soil as long as oxygen is present 

•  Ethanol is currently being used to replace methyl t­butyl ether (MTBE) as an oxygenate in reformulated gasoline blends 

Environmental Issues Environmental Issues •  Ethanol also has the potential to reduce greenhouse gas emissions from automobiles by as much as 30% versus gasoline 

•  Carbon monoxide (CO) is the primary engine emission affected 

•  There is evidence that ethanol may increase volatile organic compound (VOC) emissions from automobiles 

Environmental Issues Environmental Issues •  Pure biodiesel is non­toxic and biodegradable 

•  The U.S. Department of Energy has concluded that biodiesel poses less of a threat to the environment than table salt and can biodegrade faster than sugar 

•  Biodiesel is often used as a solvent to clean up oil spills

11 

Environmental Issues Environmental Issues •  Biodiesel has also proven to burn cleaner than petroleum diesel fuel –  Reduces acid rain and smog causing particles –  Reduces harmful emissions of carbon monoxide (CO) –  Decreases the amount of particulates (soot) exiting a vehicle’s tailpipe 

–  Eliminates Sulfur oxide emissions (SOx) 

•  The major negative about biodiesel is some studies indicate that nitrous oxide (NOx) emissions do increase. NOx is considered a greenhouse gas and major air pollutant. 

Summary Summary •  Lower blends of alternative fuels pose little threat to engine safety for newer vehicles and are very similar their to petroleum­based counterparts 

•  Considerations must be taken when burning higher blends

• Engine Modification • Vehicle Selection 

• Economics 

Summary Summary •  Lower blends of alternative fuels pose little threat to engine safety for newer vehicles and are very similar their to petroleum­based counterparts 

•  Considerations must be taken when burning higher blends

• Engine Modification • Vehicle Selection 

• Economics

12 

Questions? Questions?