Fremtidens alternative brændstoffer

Transkript

1 Fremtidens alternative brændstoffer Troels Dyhr Pedersen Konsulent ved Teknologisk Institut Center for Transport og Elektriske Systemer Kontakt:

2 Introduktion til fremtidens brændstoffer Stagnation i olieudvinding - men forbruget eskalerer fortsat! Stigende oliepriser vil fremme produktionen af alternativer til traditionel diesel og benzin Naturgasmotorer vil blive et udbredt alternativ til benzin motorer, og diesel motorer vil anvende naturgas i dual fuel drift Øvrige alternativer vil være både syntetiske og biologisk baserede

3 Alternativerne Fossile Naturgas vil fortsat være en vigtig kilde til brændstof Kul anvendes til produktion af syntesegas (CO og H2) Biologiske Biogas Biodiesel FAME eller HVO fra planteolier og animalsk fedt Biobenzin - fx ætanol fra gæring eller enzymatiske processer Syntetiske Brint primært produceret af naturgas Metanol produceret af metan eller kul DME og DEE fra metanol og ætanol Syntetisk diesel og benzin - fra Fischer Tropsch via GTL og CTL FAME = Fatty acid methyl ester HVO = hydrotreated vegetable oil DME = Di Methyl Ether DEE = Di Ethyl Ether GTL = Gas to Liquid CTL = Coal to Liquid

4 Volvo undersøger alternativerne

5 Om brint og energitæthed Energibærer ikke ressource! Naturgas er kilden til brint i dag: CH4 + 2 H2O => CO2 + 4 H2 Produktion ved elektrolyse kun i mindre skala Høj brændværdi men lav densitet 120 MJ/kg (LHV) Densitet 0,09 g/l => 0,01 MJ/L Tryksætning og nedkøling 700 bar => 4.5 MJ/L; 20 K => 8.5 MJ/L Bundet til kulstof 250 bar => 9 MJ/L; 160 C => 22 MJ/L Benzin: 34 MJ/L ; Diesel: 39 MJ/L Brint vil primært være forbeholdt brændselsceller som kan omsætte brinten med høj virkningsgrad LHV = Lower heating value MJ = Mega Joule 3,6 MJ = 1 kwh CNG = Compressed natural Gas LNG = Liquified Natural Gas

6 Brintlagring i praksis

7

8 Metan fra Biogas og Naturgas

9 Metan fra Biogas Biogas produceres ved biologisk nedbrydning af organisk materiale Slagteri og fiskeaffald Husdyrgødning Overskud og affald fra dyrkede arealer Oprensning af biogas Opgradering består i fjernelse af kuldioxid, vand, svovlbrinte og siloxan Opgradering er nødvendigt før gassen kan introduceres i naturgasnettet eller bruges til køretøjer SAE standarden J1616 fra 1994 (under revision) gælder for naturgas til køretøjer

10 - Billede fra Bionaturgas Danmark

11 Dieselmotor teknologi til metangas Dual fuel teknologi Metangas antændes af dieselindsprøjtning I tomgang kun diesel, gas tilsættes med øget belastning Gassen tilsættes traditionelt i indsugningsmanifolden Nyere teknologi fra Westport er direkte indsprøjtning CNG direkte indsprøjtning Dyse til direkte indsprøjtning af CNG Antændelse med gnist eller gløderør

12 LNG tank LNG tankes ved ca C trykket kan stige op til 15 bar når gassen bliver varmere. Køling sker ved fordampning under brug.

13 Traditionel CNG tilførsel

14 Westport HDPI injektor

15 Westport CNG DI injektor

16 Infrastruktur for LNG NGVA Europe er interesseorganisation for indfasning af naturgas til transportformål Eksisterende tankstationer til naturgas kan kun levere CNG dette er ikke anvendeligt til lastbiler pga. lav rækkevidde Visionen er opbygning af LNG infrastruktur langs hovedvejnet i Europa til tankning af langdistance transporter

17 Metanol og ætanol Alkoholer kan anvendes direkte i dedikerede benzinmotorer Ætanol kan også iblandes diesel i lave koncentrationer, % Iblanding har potentiale til at nedbringe emissioner og forbedre virkningsgraden Ætanol anvendes pt. i stor udstrækning I Brasilien er benzin iblandet minimum 25 % ætanol mange biler kører på ren ætanol Andre lande, fx Sverige, har med varierende succes indført ætanol Metanol har potentiale i andre sammenhænge pt. afprøver Stena Line metanol som brændstof til færgen Germanica

18 Butanol som brændstof Butanol produceres ved gæringsproces som ætanol Fuldt blandbart med benzin Kan blandes med diesel i høje koncentrationer uden faseseparation Egenskaberne i forbrænding ligger mellem diesel og benzin

19 Biodiesel FAME Fatty Acid Methyl Esters HVO Hydrotreated Vegetable Oil SVO Straight Vegetable Oil Vegetabilsk olie og fedt Rapsolie, palmeolie, kokosfedt, soya, oliven, majs, solsikkeolie mf. Animalsk fedt Slagteriaffald, primært fra køer og grise Producenter og aktører på det danske marked Emmelev biodiesel baseret på rapsolie DAKA biodiesel fra slagteriaffald Biofuel Express Anvendelse Pt. iblandes al diesel i Danmark 5,75 % biodiesel Nogle typer af biodiesel kan anvendes direkte i dieselmotorer uden modifikation

20 Produktion af FAME - transesterificering Eksempel på fedtstof (triglycerid) Glycerol Fedtsyre Teknologisk Institut

21 DME og DEE Dimethyl og diethyl æter DME og DEE er meget lovende erstatninger for diesel DME har cetantal 55-60, DEE > 125 DME har egenskaber som LPG og håndteres på samme måde DEE er en væske med kogepunkt på 35 C DME og DEE produceres ved en katalytisk proces (dehydrering) af metanol og ætanol 2 CH 3 OH CH 3 OCH 3 + H 2 O 2 CH 3 CH 2 OH CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 + H 2 O Forbrændingen er meget ren ingen dannelse af partikler! Smøring er et problem for pumper og dyser

22 Dimethyl og diethyl æter

23 Fischer-Tropsch diesel og benzin Opfundet i Tyskland omkring 1925 Anvendt særligt under 2. verdenskrig i Tyskland til produktion af syntetisk brændstof Processen tager udgangspunkt i kombination af brint og kulmonoxid (2n+1) H 2 + n CO -> C n H (2n+2) + n H 2 O Produktet destilleres efterfølgende i de ønskede fraktioner til diesel og benzin Sasol i Sydafrika er pt. verdens førende producent med