Καθώς τα νέα καύσιμα και μείγματα ντίζελ χαμηλών εκπομπών άνθρακα γίνονται πιο εύκολα διαθέσιμα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις διαφορές μεταξύ τους και πώς επηρεάζουν την απόδοση του κινητήρα.
Προγράμματα προτύπων καυσίμων, όπως το πρότυπο ανανεώσιμων καυσίμων των ΗΠΑ (RFS-2) και το πρότυπο καυσίμων χαμηλών..
εκπομπών άνθρακα (LCFS) της Καλιφόρνια, έχουν δώσει κίνητρα στους παραγωγούς καυσίμων να καινοτομήσουν και να δημιουργήσουν νέα ανανεώσιμα καύσιμα όπως το βιοντίζελ και το ανανεώσιμο ντίζελ. Καθώς τα νέα καύσιμα και μείγματα ντίζελ χαμηλών εκπομπών άνθρακα γίνονται πιο εύκολα διαθέσιμα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις διαφορές μεταξύ τους και πώς επηρεάζουν την απόδοση του κινητήρα.Βασικά στοιχεία του κινητήρα ντίζελ
Πριν προχωρήσετε στις διάφορες διαθέσιμες επιλογές καυσίμου, τα παρακάτω παρέχουν τα βασικά στοιχεία ενός κινητήρα ντίζελ και τη διαφορά του από τους βενζινοκινητήρες. Στις ΗΠΑ, οι κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιούνται συνήθως από τρένα, βάρκες, φορτηγίδες, φορτηγά βαρέως τύπου, δημόσια λεωφορεία και γεωργία, κατασκευές και στρατιωτικό εξοπλισμό.
Οι κινητήρες ντίζελ είναι ανάφλεξης με συμπίεση, που σημαίνει ότι χρησιμοποιούν συμπίεση για να δημιουργήσουν αρκετή θερμότητα και πίεση ώστε το καύσιμο που ψεκάζεται να καίει αυθόρμητα. Στους περισσότερους σύγχρονους κινητήρες ντίζελ, αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση στροβιλοσυμπιεστή για τη συμπίεση του αέρα που εισέρχεται στον κύλινδρο, με απευθείας έγχυση καυσίμου λίγο πριν το έμβολο φτάσει στο απόγειό του (πάνω-νεκρό κέντρο) και βασιζόμενος στη συμπίεση για την ενεργοποίηση της καύσης.
Εν τω μεταξύ, οι βενζινοκινητήρες είναι ανάφλεξης με σπινθήρα που χρησιμοποιούν μπουζί για να ανάψουν ένα συμπιεσμένο μείγμα αέρα και καυσίμου στον κύλινδρο. Η σειρά και ο χρονισμός όταν κάθε μπουζί δέχεται παλμό ηλεκτρισμού εξαρτάται κυρίως από την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα, ο οποίος συνδέει τα έμβολα όλων των κυλίνδρων του κινητήρα, και του εκκεντροφόρου, ο οποίος ελέγχει τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής. 1
Οι κινητήρες ντίζελ έχουν την υψηλότερη θερμική απόδοση από κάθε κινητήρα εσωτερικής καύσης. Τυπικά μετατρέποντας περίπου το 40% της ενέργειας που αποθηκεύεται στο καύσιμο σε χρήσιμο έργο, οι κινητήρες ντίζελ σχεδόν διπλασιάζουν τη θερμική απόδοση των βενζινοκινητήρων, η οποία είναι κατά μέσο όρο περίπου 20%. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στους υψηλότερους λόγους συμπίεσης των κινητήρων ντίζελ (που κυμαίνονται από 14:1–25:1) έναντι των βενζινοκινητήρων (που κυμαίνονται από 8:1–12:1). 1
Καύσιμα, μείγματα και ενέργεια
Αν και δημιουργούνται συνεχώς νέα καύσιμα και μείγματα χαμηλών εκπομπών άνθρακα, έχουν προκύψει δύο κύριες ομάδες ανανεώσιμων καυσίμων στη δεξαμενή ντίζελ: βιοντίζελ και ανανεώσιμο ντίζελ.
Το βιοντίζελ - μερικές φορές αναφέρεται ως μεθυλεστέρας λιπαρών οξέων (FAME) - παράγεται τυπικά με αντίδραση φυτικών ελαίων ή ζωικών λιπών με μεθανόλη ή αιθανόλη σε μια διαδικασία μετεστεροποίησης για τη δημιουργία μονοαλκυλεστέρων λιπαρών οξέων μακράς αλυσίδας. Το βιοντίζελ περιέχει άτομα οξυγόνου, γεγονός που το κάνει χημικά διαφορετικό από το κανονικό ντίζελ εξαιρετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (ULSD). Όπως τα όρια ανάμειξης αιθανόλης στους βενζινοκινητήρες, οι περισσότεροι κατασκευαστές κινητήρων ντίζελ υποστηρίζουν μόνο μείγματα ντίζελ έως και B20, με υψηλότερα μείγματα που απαιτούν τροποποιήσεις στο σύστημα καυσίμου.
Αντίθετα, το ντίζελ από ανανεώσιμες πηγές χρησιμοποιεί τις ίδιες πρώτες ύλες με το βιοντίζελ. Ωστόσο, υφίσταται διεργασίες υδροκατεργασίας, θερμικής μετατροπής ή παραγωγής βιομάζας σε υγρό. Το αποτέλεσμα είναι ένα ανταλλάξιμο ανανεώσιμο καύσιμο χημικά πανομοιότυπο με το ULSD που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο για όλους τους τρέχοντες κινητήρες ντίζελ.
Οι διαφορές μεταξύ του ULSD, του βιοντίζελ και του ανανεώσιμου ντίζελ φαίνονται καλύτερα στον ΠΙΝΑΚΑ 1 , αλλά υπάρχουν μερικές ιδιότητες που αξίζει να συζητηθούν. Δυστυχώς, ούτε το ανανεώσιμο ντίζελ ούτε το βιοντίζελ μπορούν να ταιριάξουν με την ενεργειακή πυκνότητα του ULSD. Αυτή η τιμή υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας την ενεργειακή πυκνότητα ανά μονάδα μάζας και την ογκομετρική πυκνότητα και τις μετατροπές μονάδων. Ωστόσο, η ενεργειακή πυκνότητα δεν είναι η μόνη σημαντική ιδιότητα που σχετίζεται με τις ενεργειακές και ογκομετρικές πυκνότητες. Η υψηλότερη ογκομετρική πυκνότητα του βιοντίζελ είναι επίσης υπεύθυνη για το υψηλότερο σημείο νέφους, τις φτωχότερες ιδιότητες ψυχρής ροής και τη βελτιωμένη λιπαντικότητα έναντι του ULSD. Αντίθετα, οι βελτιωμένες ιδιότητες σημείου νέφωσης και ψυχρής ροής του ανανεώσιμου ντίζελ μπορούν να αποδοθούν στη χαμηλότερη ογκομετρική του πυκνότητα.
Οι διαφορετικές χημικές ιδιότητες των τριών τύπων καυσίμου ντίζελ επηρεάζουν σημαντικά τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου (GHG), υποξειδίου του αζώτου (NO x ) και σωματιδίων. 3 Για παράδειγμα, το ΣΧ. 1 συγκρίνει τα ιδιόκτητα μείγματα βιοντίζελ και ανανεώσιμων πηγών ντίζελ που προσφέρονται από το Renewable Energy Group (REG), έναν κορυφαίο παραγωγό βιοντίζελ και ανανεώσιμων πηγών ντίζελ.
ΣΥΚΟ. 1. Εκτιμήσεις μείωσης των εκπομπών ντίζελ με βάση τη βιομάζα. Σημείωση: Τα γραφήματα REG βασίζονται στις αξιολογήσεις του Συμβουλίου Αεροπορικών Πόρων της Καλιφόρνια έναντι του ομοσπονδιακού ULSD των ΗΠΑ. Πηγή: REG.
Το βιοντίζελ μειώνει σχεδόν κάθε κατηγορία εκπομπών καθώς αυξάνεται το ποσοστό που αναμιγνύεται στο ULSD. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες έχουν αποδείξει ότι αυξάνει τις εκπομπές NO x σε σύγκριση με το ULSD. 3 Αν και τόσο το REG Ultra Clean RD B50 όσο και το RD B20 ενδέχεται να μειώσουν τις εκπομπές NO x έναντι του ULSD, αυτό είναι αποτέλεσμα της ικανότητας του ντίζελ ανανεώσιμων πηγών να μειώνει τις εκπομπές NO x .
Με βάση αυτές τις πληροφορίες, το Συμβούλιο Αεροπορικών Πόρων της Καλιφόρνια (CARB) ανακοίνωσε μια αλλαγή στον κανονισμό του για τα εναλλακτικά καύσιμα ντίζελ, ο οποίος θα απαιτούσε μείγματα βιοντίζελ άνω του 5% να εγκρίνονται από το CARB. 4 Για να μετριαστεί αυτή η αύξηση στις εκπομπές NO x , το CARB έχει εγκρίνει σκευάσματα ντίζελ με τουλάχιστον 55%–75% ανανεώσιμο ντίζελ και, το πολύ, 20% βιοντίζελ.
Επιπτώσεις στην απόδοση
Ενώ το μεγαλύτερο μέρος αυτού του άρθρου έχει επικεντρωθεί στη χημεία και τη μηχανική πίσω από τη χρήση αυτών των τριών τύπων καυσίμου ντίζελ, οι εταιρείες βλέπουν ήδη τα οικονομικά οφέλη από τη μετάβαση σε ανανεώσιμα καύσιμα. Μετά την απόρριψη του μείγματος βιοντίζελ B99 με βάση το πρόσθετο κόστος θερμαντήρα καυσίμου των 15.000 $/φορτηγό, η Titan Freight Systems επέλεξε ένα μείγμα ανανεώσιμου ντίζελ R99 για να τροφοδοτήσει τον στόλο της. 5 Μετά από 1 MM μίλια, διαπίστωσαν ότι το R99 παρείχε την ίδια οικονομία καυσίμου, ενώ μείωσε τις εκπομπές του κύκλου ζωής κατά 66%, εξοικονομώντας 1.217 τόνους άνθρακα. Συνολικά, η Titan Freight Systems εξοικονομεί περίπου $0,021/mi—0,015$/mi από μειωμένα ανταλλακτικά καυσαερίων και χρόνο διακοπής λειτουργίας για την εκκαθάριση των φίλτρων σωματιδίων ντίζελ (DPF), 0,005 $/mi από μια μείωση του κόστους λαδιού κατά 75% και το υπόλοιπο που προκύπτει από τη μείωση του ποσού των απαιτούμενων DPF.
Αν και η εξοικονόμηση μόνο 0,021 $/mi μπορεί να φαίνεται ασήμαντη, περισσότερα από 3 φορτηγά MM Class 8 κυκλοφορούσαν στους δρόμους των ΗΠΑ το 2019, με μέσο όρο 62.571 μίλια, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. 6 Εάν χρησιμοποιούσαν ανανεώσιμο ντίζελ, κάθε φορτηγό θα είχε εξοικονομήσει κατά μέσο όρο 1.317,77 $/έτος ή 5,15 $ B/έτος σε εξοικονόμηση πόρων σε όλα τα φορτηγά της Τάξης 8. Όσον αφορά τις μειώσεις των εκπομπών, εάν όλα τα φορτηγά της Κλάσης 8 είχαν χρησιμοποιήσει R99, θα είχαν εξοικονομήσει περισσότερα από 297 MM μετρικά tpy διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ). Για το πλαίσιο, το 2018, η Φλόριντα είχε την τρίτη υψηλότερη εκπομπή CO 2 στις ΗΠΑ, εκπέμποντας 242,5 MM μετρικούς τόνους CO 2 , σύμφωνα με την Υπηρεσία Ενεργειακών Πληροφοριών των ΗΠΑ.
Αν και το ανανεώσιμο ντίζελ έχει αυξηθεί γρήγορα σε δημοτικότητα, ορισμένα μπλέντερ έχουν αρχίσει να αναμειγνύουν τα δύο ανανεώσιμα καύσιμα. Για παράδειγμα, η REG έχει δημιουργήσει ένα μείγμα βιοντίζελ και ανανεώσιμων πηγών ντίζελ (δηλαδή, REG Ultra Clean Diesel) για να αποτυπώσει τα καλύτερα χαρακτηριστικά του καθενός. Αυτό το καύσιμο μπορεί να μειώσει τις εκπομπές ρύπων σε όλα τα επίπεδα, ενώ προσφέρει βελτιωμένη εκκίνηση του κινητήρα, λίπανση, αξιοπιστία, διάρκεια ζωής του κινητήρα και πιο ολοκληρωμένη καύση.
Καθώς τα πρότυπα εκπομπών των ΗΠΑ συνεχίζουν να γίνονται αυστηρότερα, τα ανανεώσιμα καύσιμα θα διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στον ενεργειακό μετασχηματισμό της χώρας. Χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα υποδομή διύλισης και διανομής για καύσιμο οχημάτων που απαιτούν ελάχιστη έως καθόλου τροποποίηση, το ανανεώσιμο ντίζελ και το βιοντίζελ έχουν ήδη ξεπεράσει αρκετά εμπόδια που σχετίζονται με τα ηλεκτρικά οχήματα (EV). Αυτά τα ανανεώσιμα καύσιμα μπορούν να μειώσουν τις εκπομπές GHG του κύκλου ζωής ακόμη περισσότερο από τα EV, καθώς τα EV προέρχονται από το φυσικό αέριο, το οποίο παράγει 195% υψηλότερες εκπομπές GHG σε βάση κύκλου ζωής από το REG B100.
Οι ομοσπονδιακές και πολιτειακές κυβερνήσεις των ΗΠΑ έχουν συνειδητοποιήσει τα πιθανά οφέλη του βιοντίζελ και του ντίζελ από ανανεώσιμες πηγές και δίνουν κίνητρα για την παραγωγή και των δύο. Μια ομοσπονδιακή φορολογική πίστωση μπλέντερ του $ 1 / gal βιομάζας με βάση το πετρέλαιο που παράγεται ανανεώθηκε στα τέλη του 2019, 7 και μια νέα ελπίδα του Κογκρέσου νομοσχέδιο για την επέκταση του προγράμματος μέσα από το 2025. Οι RFS-2 πρόγραμμα προσφέρει 1,5 ανανεώσιμες αριθμός αναγνώρισης (RIN) πιστώσεις για κάθε γαλόνι ντίζελ με βάση τη βιομάζα που παράγεται, το οποίο περιλαμβάνει βιοντίζελ και ντίζελ ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι ανανεώσιμες πηγές ντίζελ αντιπροσωπεύουν 1,7 RIN, ενώ το βιοντίζελ αντιστοιχούν σε 1,5 RIN. Αν και οι τιμές RIN βασίζονται στην αγορά, έχουν γίνει πρόσφατα πρωτοσέλιδα αφού έφτασαν σε ιστορικά υψηλά τον Ιούνιο.
Τα προγράμματα LCFS προσφέρουν επίσης πιστώσεις (περίπου 177 $/πίστωση στην Καλιφόρνια) με βάση τους συνολικούς τόνους άνθρακα που αφαιρέθηκαν σε σύγκριση με μια βασική ένταση άνθρακα (CI). Το Όρεγκον και η Βρετανική Κολομβία, Καναδάς, ακολούθησαν το παράδειγμα της Καλιφόρνια στη θέσπιση ενός LCFS, με περισσότερα σε ανάπτυξη σε πολιτείες όπως η Μινεσότα, η Νέα Υόρκη και η Ουάσιγκτον.
Ενώ το βιοντίζελ και το ντίζελ ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αυξάνονται σε παραγωγική ικανότητα, έχουν ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουν μέχρι να αντικαταστήσουν το ULSD. Το 2019, οι ΗΠΑ κατανάλωσαν περίπου 47,2 Bgal καυσίμου ντίζελ. Την ίδια χρονιά, η ικανότητα παραγωγής ντίζελ από ανανεώσιμες πηγές και βιοντίζελ ήταν 0,6 Bgpy και 2,514 Bgpy, αντίστοιχα. Το βιοντίζελ προηγείται σαφώς στην τρέχουσα παραγωγική ικανότητα. Ωστόσο, η ΕΠΕ των ΗΠΑ προβλέπει ότι η ικανότητα παραγωγής ντίζελ από ανανεώσιμες πηγές θα αυξηθεί στα 5,1 Bgpy το 2024 ( Εικ. 2 ).
ΣΥΚΟ. 2. Υφιστάμενη και αναμενόμενη ικανότητα παραγωγής ντίζελ από ανανεώσιμες πηγές στις ΗΠΑ, 2010–2024. Πηγή: ΜΠΕ ΗΠΑ.
Τα εναλλακτικά καύσιμα ντίζελ, όπως το ανανεώσιμο ντίζελ, έχουν αποδειχθεί ότι είναι βιώσιμο, ανανεώσιμο υποκατάστατο του ULSD. Η αυξημένη απόδοση του κινητήρα, οι μειώσεις εκπομπών ρύπων και η αυξανόμενη παραγωγική ικανότητα είναι όλα βήματα προς ένα καλύτερο, καθαρότερο μέλλον. Ωστόσο, με κάθε νέα αλλαγή έρχονται νέες προκλήσεις. Η συνεργασία με έμπειρους ενεργειακούς συμβούλους αφαιρεί αυτή την αβεβαιότητα σε όλη τη μετάβαση και διασφαλίζει ότι ο οργανισμός σας μπορεί να ξεπεράσει αυτές τις προκλήσεις. Η κατανόηση και η αξιοποίηση όλων των διαθέσιμων κινήτρων είναι η διαφορά μεταξύ της λειτουργίας με ζημία και του να γίνεις ηγέτης στον κλάδο. ιπποδύναμη
ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ ΠΟΥ ΑΝΑΦΕΡΕΤΑΙ
Κινητήρες ντίζελ εναντίον βενζινοκινητήρων, E-ZOil.com, διαδικτυακά: https://www.ezoil.com/resources-diesel-diesel-engine-basics
Yoon, JJ, "Ποια είναι η διαφορά μεταξύ βιοντίζελ και ανανεώσιμου (πράσινου) ντίζελ;" Advanced Biofuels USA, Μάρτιος 2011, διαδικτυακά: https://advancedbiofuelsusa.info/wp-content/uploads/2011/03/11-0307-Biodiesel-vs-Renewable_Final-_3_-JJY-formatting-FINAL.pdf
Jääskeläinen, H. and A. Majewski, “Effects of biodiesel on emissions”, Dieselnet, Μάρτιος 2021, διαδικτυακά: https://dieselnet.com/tech/fuel_biodiesel_emissions.php
CARB, «Πιθανές αλλαγές 15 ημερών στις τροποποιήσεις του κανονισμού για την εμπορία εναλλακτικών καυσίμων ντίζελ, που εγκρίθηκε στις 23 Απριλίου 2020, διαδικτυακό εργαστήριο CARB, 4 Ιουνίου 2020, διαδικτυακά: https://ww2.arb.ca .gov/sites/default/files/2020-06/ADF_15-Day_Workshop_Presentation_6-4-20.pdf
H. Aaron, «Innovator: Titan Freight exec plans to bridge the divid to zero- remissions », CCJ Digital, Φεβρουάριος 2021, διαδικτυακά: https://www.ccjdigital.com/ccj-innovators/article/15042784/titan-freight -εκτελεστικό-στόχοι-για-εναλλακτική-εξουσία-για-στόλο
Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, «Μέσα ετήσια μίλια οχημάτων που διανύθηκαν ανά κύρια κατηγορία οχημάτων», Φεβρουάριος 2020, διαδικτυακά: https://afdc.energy.gov/data/10309
Hanson, S., «Η πίστωση φόρου πετρελαίου ντίζελ με βάση τη βιομάζα των ΗΠΑ ανανεώθηκε έως το 2022 στο λογαριασμό κρατικών δαπανών», ΜΠΕ ΗΠΑ, Ιανουάριος 2020, διαδικτυακά: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=42616
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου