Hidrogenul


Reprezinta una din solutiile practic cu regenerare totala a momentului. Din arderea hidrogenului rezulta apa, care se poate transforma din nou in hidrogen, fie prin electroliza, fie prin descompunere termica. In cazul electrolizei se poate utiliza surplusul de energie generat de centralele termice, poate fi imbuteliat la presiune ridicata. Procedeul de electroliza se poate aplica in mai multe variante:
– electroliza in instalatii cu celule cu electrozi monopolari, catozii si anozii fiind separati prin diagrame poroase pentru prevenirea amestecarii gazelor
– instalatii bipolare, mai compacte decat primele, dar care reclama tensiuni mai ridicate ale curentului electric
– electroliza la presiune inalta
– electroliza in faza de vapori la temperatura inalta

Daca obtinerea hidrogenului se face relativ usor, dar cu un consum ridicat de energie, transportul si depozitarea sa. Acesta are cateva caracteristici care il fac greu de manipulat:
– hidrogenul se scurge cu multa usurinta prin imbinarile gresit realizate datorita dimensiunii moleculare mici
– se aprinde la surse cu temperaturi relativ joase, comparativ cu alti combustibili, la presiune atmosferica se aprinde la 530 C.
– flacara de hidrogen se propaga cu viteze deosebit de ridicate si in amestecuri mult mai diluate decat ale altor combustibili.

Din particularitatile utilizarii hidrogenului in motoarele cu ardere interna trebuie luate in considerare particularitatile acestuia in calitate de combustibil: viteza mare de crestere a presiunii, datorita vitezei mari de propagare a flacarii in amestecul combustibil hidrogen/aer, aprindere spontana urmata de rateuri in admisie (intoarcerea flacarii). Din aceasta cauza la trecerea unui motor pe hidrogen este necesara realizarea unor elemente de reproiectare a motorului.

Reclame

Uleiuri vegetale Biodiesel


Uleiurile vegetale fac parte din categoria combustibililor oxigenati (contin intre 4 si 12% oxigen). Prin ultilizarea lor, singuri sau in amestec cu motorina, se poate ameliora nivelul emisiilor poluante. Acesti combustibili sunt biodegradabili si nu afecteaza calitatea mediului.
Uleiurile vegetale se pot obtine din cereale, cafea, alune, arahide, etc. Cele mai des incercate uleiuri pentru motoare au fost cele de rapita si floarea soarelui. Avantajul lor este acela ca au un randament deosebit de ridicat de obtinere, respectiv raportul dintre energia obtinuta in final, raportata la energia consumata pentru obtinerea plantei si prelucrarea acesteia. In general acesti combustibili se utilizeaza in amestec cu motorina, deoarece in stare pura nu au calitatile cerute de motoare.
O parte din uleiurile vegetale se pot prelucra chimic in continuare prin procedeul de esterificare, rezultand un grup de combustibili de mare perspectiva, denumiti biodiesel. Acestia au o viscozitate apropiată de cea a motorinei, punct de fierbere mai scazut si calitati de autoaprindere asemanatoare cu cele ale motorinei. Calitatile acestui combustibil sunt deosebit de promitatoare, realizarea lui din uleiul de rapita fiind deja realizata, in tara noastra fiind deja in constructie o uzina de fabricat biodiesel in Baragan. Puterea calorifica a acestui combustibil este ceva mai mica decat a combustibilor petrolieri, fiind necesar un volum mai ridicat pentru a parcurge aceiasi distanta.

Alcoolii


Alcolii reprezinta o gama larga de posibili inlocuitori ai combustibililor de natura petroliera. Fiind obtinuti din materie vegetala, acesti combustibili se pot regenera obtinand un combustibil regenerabil. Principalii componenti ai acestei grupe sunt metanolul si etanolul. Metanolul este cel mai usor alcool CH3OH si are un efect inhibitor asupra sistemului nervos central. De asemenea el este toxic, deoarece prin metabolizare se produce acid formic, care este periculos pentru organism. In principal metanolul se poate obtine prin sinteza, prin combinarea intre oxidul de carbon si apa. De asemenea el este rezultat rezidual al unor procese chimice si din prelucrarea carbunelui. Etanolul este obtinut prin sinteza sau prin fermentatie.
Unul din dezavantajele principale ale alcoolilor este puterea calorifica redusa, ceea conduce la necesitatea unor rezervoare de dimensiuni duble (pentru aceiasi cantitate de energie) in raport cu combustibilii fosili.

Dimetileter


Dimetileter (CH3-O-CH3) reprezinta un combustibil din clasa celor cu un grad foarte redus de poluare, din familia alcolilor. El este fabricat prin deshidratarea metanolului, iar destinatia sa principala este aceea de inlocuire a clorofluorocarbonului in industria aerosolilor. DME are calitati bune de autoaprindere cu propietati asemanatoare motorinei. Pentru a fi gasit permanent sub forma lichida DME se gaseste in rezervoare la presiunea de 9 bar. Puterea sa calorifica este circa 75% din puterea calorifica a motorinei. Cercetarile efectuate au aratat o reducere semnificativa a tuturor emisiilor poluante.

Gazele petroliere lichefiate


Gazele petroliere lichefiate (GPL) sunt hidrocarburi usoare provenind din prelucrarea titeiului, a gazelor naturale sau a carbunelui. In GPL se gaseste o cantitate importanta de propan si apoi butan, proportia dintre ele variind in raport cu zona de provenienta. Dupa criza petroliera din anii 1970 interesul pentru GPL a crescut, iar folosirea sa in marile aglomerari urbane este chiar recomandata datorita unui grad mai redus de poluare. De asemenea si cantitatea de CO2 emisa de motoarele alimentate cu GPL este mai redusa. Una din caracteristicile negative ale GPL-ului este aceea ca densitatea sa de energie este mai redusa, respectiv la aceiasi cantitate de energie disponibila greutatea unui rezervor de GPL este cu 30% mai mare decat cea a unuia de benzina sau motorina. GPL poate fi stocat sub forma lichida prin refrigerare sau prin mentinerea sub presiune la temperatura mediului ambiant. Din rezervorul sub presiune gazul petrolier lichefiat este introdus intr-un amestecator vaporizator de unde amestecul combustibil este aspirat in motor.

Gazele naturale


Gazele naturale constituie o cale relativ usoara de inlocuire a combustibililor lichizi utilizati la motoarele cu ardere interna. Aceasta asigura si o reducere a emisiilor de noxe si particule. In general se folosesc pentru motoare cu aprindere prin scanteie, dar si pentru motoare prin aprindere prin compresie, in varianta transformarii acestora in motoare cu aprindere prin scanteie sau prin dubla alimentare. Problema principala a acestui combustibil este legata de capacitatea acestora de a fi stocate. De aceea se utilizeaza doua variante: gaze naturale comprimate (GNC) sau gaze naturale lichefiate (GNL).
Gazele naturale constituie un amestec de gaze in care metanul detine proportia cea mai mare, la care se adauga bioxid de carbon, azot, oxigen si alte reziduri. Gazul metan poate ajunge la proportii care variaza intre 70 si 90 %. O varianta de gaz natural este gazul de gazogen obtinut din gazeificarea unor deseuri lemnoase. Acest gaz are o compozitie care contine circa 16% CO, 16% H2, metan 2%, 14% CO2, si 52% azot. Puterea sa calorifica este net inferioara gazului natural, fiind o varianta viabila la alimentarea unor motoare termice folosite pe langă exploatatiile agricole.

Combustibili de origine petroliera


In epoca actuala combustibilii de origine petroliera sunt cei mai raspanditi pentru utilizarea la motoarele cu ardere interna. Ei provin din distilarea petrolului hidrocarburile mai usoare formand combustibilii pentru motoarele cu aprindere prin scanteie, cunoscute sub numele de benzine, iar compusii mai grei formeaza combustibilii utilizati la motoarele cu aprindere prin comprimare, cunoscuti sub numele de motorine. Acesti combustibili nu sunt identici, fiind dependenti de zacamantul de origine. Ei vor indeplini permanent anumite propietati pentru a nu compromite functionarea motoarelor pe care le alimenteaza. La combustibilii de natura petroliera exista cateva propietati fizico-chimice care sunt analizate in buletinele de proba:
Volatilitatea – prin vaporizare un combustibil trece din starea lichida in starea gazoasa sub influenta caldurii pentru a se putea si arde in motor. Volatilitatea este dependenta de masa moleculara si de natura componentelor si ea influenteaza pornirea rapida a motorului, economicitatea sa, uzura principalelor piese, functionarea violenta sau linistita pe de alta parte un combustibil cu o volatilitate ridicata va avea pierderi mari in procesul de transport si distribuire si in perioada in care este depozitat in rezervor.
Tensiunea superficiala – tendinta oricarui lichid de a-si micsora suprafata libera (de contact cu aerul) pana la anumite limite reprezinta fenomenul de tensiune superficiala. La incercarea de a mari suprafata de contact cu aerul lichidul opune rezistenta, fiind necesar un lucru mecanic pentru a sparge lichidul in picaturi. Tensiunea superficiala influenteaza combustibilii in procesul de pulverizare din injectie.
Temperatura de autoaprindere – caracteristica deosebit de importanta, atat pentru motoarele cu aprindere prin scanteie, dar mai ales la cele cu aprindere prin comprimare. O temperatura ridicata genereaza dificultati in aprindere, iar una prea scazuta poate genera neplaceri prin aprinderi necontrolate. Aceasta caracteristica este puternic dependenta de tipul hidrocarburilor din combustibil.
Densitatea – marime fizica care variaza in limite relativ inguste pentru combustibilii de origine petroliera. O densitate mai crescuta va favoriza un combustibil cu un potential energetic ridicat raportat la volum, ceea ce va conduce la un consum volumic redus. Pentru benzine si motorine densitatea variaza in jurul valorii de 850 kg/m3.
Vascozitatea – la deplasarea unor straturi fata de altele intr-un fluid apar forte de frecare interioare care se opun acestei deplasari. Cu cat aceste forte sunt mai mari, cu atat lichidul curge mai greu (fluiditate scazuta). De vascozitatea combustibilului depinde alimentarea motorului si formarea amestecului in acesta. Vascozitatea este puternic dependenta de temperatura, la temperaturi foarte scazute existand posibilitatea ca fortele de rezistenta sa fie foarte mari si sa impiedice curgerea. De aceea pentru zonele cu climate reci se iau masuri speciale la combustibili, in special la motorine.
Cifra de cocs – prin ardere combustibilii de natura petroliera au tendinta de a forma depuneri sub forma de cocs sau de calamina pe supape, pe peretii camerei de ardere, pe duza injectoarelor sau pe colectorul de evacuare. Aceste depuneri inrautatesc functionarea motorului si amplifica uzurile. Prin incalzirea combistibilului acesta se dehidrogeneaza si atomii de carbon se coaguleaza sub forma unor particule solide cunoscute sub numele de cocs. Procentul de cocs format se numeste cifra de cocs.
Continutul de apa – apa este prezenta in combustibil sub forma libera sau sub forma de emulsie. Aceasta patrunde in combustibil in timpul operatiilor de transport si manipulare. Principala problema a existentei apei in combustibil este legata de aparitia coroziunii prin contactul dintre apa si sprafetele metalice care pot coroda. Continutul de apa in combustibili se limiteaza la valori reduse, sub 1%.
Continutul de cenusa – cenusa este rezidul rezultat in urma arderii combustibilului si este formata din compusi organici nevolatili, antrenati din zacamant odata cu extractia titeiului. Prezenta in combustibil, ea provoaca uzura instalatiei de alimentare, iar prin ardere cilindrii si pistoanele pot fi afectate. Cenusa se limiteaza la valori sub 0,01%.
Puterea calorica – puterea calorica reprezinta cantitatea de caldura degajata prin arderea completa la presiune si temperatura constanta a unitatii de cantitate de combustibil, produsele obtinute fiind mentinute la conditii standard de presiune si temperatura. Puterea calorica depinde de compozitia specifica a benzinei sau motorinei. Pentru benzine si motorine puterea calorica se situeaza in jurul valorii de 42000 Kj/Kg.
Aciditatea minerala si organica, alcalinitatea – suprafetele metalice aflate in contact cu un lichid sufera un proces de deteriorare ca urmare a proceselor chimice si electrochimice dintre cele doua medii, proces cunoscut sub numele de coroziune. In combustibil se gasesc urme de acizi minerali si hidroxizi ai metalelor alcaline care au o actiune coroziva asupra pieselor motorului. Aciditatea se defineste prin cifra de aciditate, care este cantitatea de hidroxid de potasiu, KOH necesara neutralizarilor acizilor liberi din 100 ml de combustibil. Ca limita se accepta o aciditate mai mica de 8mg KOH/100 ml.
Cifra de iod – cifra de iod este utila pentru a caracteriza combustibilul din punct de vedere al stabilitatii la depozitare si se bazeaza pe capacitatea hidrocarburilor nesaturate de a se combina cu iodul. Ea reprezinta cantitatea de iod, in grame, absorbita de 100 g de motorina. Cifra de iod se limiteaza la valori mai mici de 4.
Punctul de congelare si punctul de tulburare – odata cu scaderea temperaturii scade si vascozitatea acestora si capacitatea de curgere a acestora. Datorita faptului ca acesti combustibili sunt amestecuri de hidrocarburi, acestea au diverse comportari odata cu scaderea temperaturii, fiecare din ele incepand sa se cristalizeze la diverse temperaturi, ingreunand curgerea. Punctul de tulburare este temperatura la care apar primele cristale solide in filtrul de combustibil, ingreunand curgerea. Punctul de congelare este temperatura la care combustibilul nu mai curge.
Punctul de inflamabilitate – vaporii de la suprafata combustibilului, rezultati in urma evaporarii formeaza, impreuna cu aerul, un amestec inflamabil. Temperatura minima la care acesti vapori, aflati la presiune atmosferica, se aprind, reprezinta punctul de inflamabilitate. Aceasta este o constanta a combustibilului si caracterizeaza siguranta in depozitare si transport al combustibilului.
Sedimente – in timpul depozitarii la temperaturi moderate in combustibilii grei se pot produce depuneri ca urmare a unor reactii de oxidare intre componentele sale. Procesele de oxidare precipita impreuna cu alte impuritati si se depun imbatranind combustibilul.
In afara de motorine si benzine exista si combustibili mai grei, obtinuti din rafinarea petrolului si pastrarea hidrocarburilor grele care se folosesc mai ales pentru motoarele foarte mari destinate propulsiei navale.