TRANSBIOPOLTTOAINE. Henkilöautokaluston 2. sukupolven biopolttoainevaihtoehdot. Juhani Laurikko, VTT

Transkriptio

1 TRANSBIOPOLTTOAINE Henkilöautokaluston 2. sukupolven biopolttoainevaihtoehdot Juhani Laurikko, VTT

2 HANKKEEN SISÄLTÖ & TEEMAT Korkean pitoisuuden etanolipolttoaine FFV-autoihin Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli 2. sukupolven biodiesel hiukkassuodattimilla varustetuissa dieselhenkilöautoissa Etanoli raskaan kaluston polttoaineena

3 ALATEHTÄVÄ A Korkean pitoisuuden etanolipolttoaine FFV-autoihin Koostumuksen optimointi kylmiin olosuhteisiin Raaka-ainevarantojen ja prosessiteknologioiden arviointi

4 Miksi tarvitaan korkeaseosetanolia? Maksimi etanolimäärä nykyautoissa 10 % (95E10) Vastaa energiaosuutena alle 6 %, kun tavoite on 10 % Tarvitaan lisää nielua biopolttoaineille pyrittäessä kohti 2020-tavoitetta, jossa bio-osuus on 20 % Korkeaseosetanoli ja FFV-auto tuovat tehokkaasti tätä lisänielua 1 E85/FFV vastaa viittä E15-autoa!

5 Biojätteen tie RE85:ksi rehua karjalle elintarvikejäte jakeluasema esiprosessi (85%) puhdistus 99,8% tasolle sekoitus polttoaineeksi

6 Käyttää biojätettä kotitalouksista, kaupasta ja teollisuudesta

7 Raaka-ainepohja laajenee Tavoitetuotanto yhteensä yli 300 milj. litraa

8 REFUEL polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin

9 Peruslaatuna normi-e85 EtOH 85% BE95 15% 5 erilaista sekoitetta, joissa bioetanolia % bensiiniosuus koostuu useasta eri seoskomponentista ja niiden yhdistelmästä Verrokkina E10 bensiini kesä- ja talvihöyrynpaineet erikseen KOEPOLTTOAINEET

10 Koeautot Sarja /2010 Euro 4 hyväksyttyjä, MPFI+TWC t BioPower V FT DRIVe Mondeo 2.0 Flexifuel

11 Koeautot Sarja 2 03/2011 Euro 4 hyväksyttyjä, MPFI+TWC Mondeo 2.0 Flexifuel Sandero 1.6 HiFlex

12 Koeautot Sarja 3 06/2011 Euro 5 hyväksyttyjä, GDI+TWC Uusinta suoraruiskutusmoottoritekniikkaa! A4 2.0 TFSI Passat 1.4 TSI Multifuel

13 Vakioanalyysit CVS + AMA2000 CVS laimennus ja keräys AMA2000 kaasuanalysaattorit

14 Erikoisanalyysit Aldehydit + etanoli FTIR ja DNPH-näytteenotto aldehydimääritystä varten (+HPLC) Näytteenotto etanolimääritystä varten (+HPLC)

15 Uusimmista myös Hiukkaspäästöjen mittauksia: massa ja kokojakautuma (ELPI)

16 Koematriisi kokonaisuudessaan 2009/2010/2011 polttoaine koelämpötila Autoja # Pa Pa Pa Pa3T LL 3 Pa Pa LL 3 E10K E10T Pa3w F ei käynnistyt LL = lohkolämmitin 2 h Yhteensä noin 150 yksittäistä koetta joka kokeesta noin 50 tuloslukua, eli yli 7500 datapistettä analysoitavaksi!

17 HC emissio EC Käynnistyvyysraja < -20 o C REFuel1-laatu talvihöyrynpaineella NORMI-E85 REFuel1-laatu kesähöyrynpaineella o Lämpötila [ C]

18 HC emissio EC h lohkolämmitin samalla tasolla kuin bensiini (E10) o Lämpötila [ C]

19 Kylmäkäynnistysten vaikutukset Kylmäkäynnistyksessä pakokaasupäästöt moninkertaistuvat Hiilivetypäästöissä voimakkain kasvu Vaikutus havaittavissa kuitenkin vain ensimmäisten 2-5 km aikana Lämpimällä moottorilla ei ulkolämpötilalla juuri vaikutusta

20 Yhteenveto Bensiiniosuuden koostumuksella voitiin vaikuttaa käynnistyvyyteen ja pakokaasupäästöihin Optimoimalla seoskomponentit, koeautot käynnistyivät vielä -25 C lämpötilassa samalla HC-tasolla kuin normi-e85 noin -15 C:ssa Kylmänäajon kokonaisvaikutus n. 15% vuotuisesta kokonaispäästöistä Lohkolämmitin erittäin tehokas apuväline, ja vakiovarusteena FFV-malleissa

21 Euro4 vs. Euro

22 FFV autot ja niiden tarjonta Suomessa

23 FFV autojen tarjonta Suomessa Audi A4 2.0 TFSI Flex fuel Dacia Duster 1.6 HiFlex Sandero 1.6 HiFlex Logan MCV 1.6 HiFlex Ford Focus 1.6 Flexifuel C-Max 1.6 Flexifuel Modeo 2.0 Flexifuel S-Max 2.0 Flexifuel Galaxy 2.0 Flexifuel Renault Laguna 2.0 FlexFuel Opel Insignia Sports Tourer 2.0 Turbo Ecotec Saab T BioPower 9-3X 2.0T BioPower Volkswagen Passat 1.4 TSI Multifuel Volvo C30 2.0F S40 2.0F V50 2.0F S60 T4F V60 T4F V70 T4F S80 T4F lähde: Maahantuojien autotaulukko

24 FFV autojen rekisteröinnit Suomessa TraFi ei ole tilastoinut FFV-autojen rekisteröintejä Useita piilo-ffv autoja Yhdysvalloista yksittäistuotujen autojen joukossa (Ford, GM, Chrysler) Virallisten maahantuontikanavien kautta on tuotu ja rekisteröity nyt noin 2000 autoa, Ford on yleisin merkki Markkinointipanostukset kasvamassa, koska FFV-autolla hieman pienempi CO 2 -lukema, joka tuo veroetua, ja... RE85-jakeluverkoston laajeneminen antaa lisäpotkua

25 ALATEHTÄVÄ B Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli

26 TransEco Biobensiini -hanke Päivi Aakko-Saksa ja Leena Rantanen-Kolehmainen Tiivistelmä VTT Technical Research Centre of Finland

27 Tutkimuksen sisältö Korkean bioenergiaosuuden biobensiinit tavallisille autoille A. Tuotantoprosessit, niiden kypsyys ja kustannus/hyöty-suhde, kirjallisuuskatsaus Pääpaino prosesseilla, joilla raaka-aineet kestävän kehityksen mukaisia. B. Komponenttien käytettävyys jakeluketjussa ja ajoneuvoissa kokeellinen osa Vaihtoehtoisten bensiinin biokomponenttien käytettävyys, pakokaasupäästöt ja polttoaineenkulutus. Etanoli sopii tavallisille autoille korkeintaan noin 10% seoksina Etanolin ja muiden biokomponenttien yhdistelmät: jopa yli 20 % bio-osuus saavutettavissa tavallisilla bensiiniautoilla!

28 Biobensiini: vaihtoehtoisia komponentteja Bio-alkoholit Etanoli: käytetään nykyisin Biobutanolit: demonstraatio / kaupallistamisvaihe Bio-eetterit Bio-ETBE: käytetään nykyisin Bio-TAEE, Bio-MTBE, Bio-TAME: mahdollisia helposti Bio-hiilivedyt HVO-biobensiini: saatavilla nykyisin (NExBTL:n sivutuote; Suomessa noin 34 ktoe/a) Fischer-Tropsch biobensiini: tulevaisuudessa (BTLdieseltuotannon sivutuote) Methanol-to-Gasoline biobensiini: biomassa-pilot (maakaasu jo aiemmin käytössä, hiili demonstraatiot) Jalostamoon integroidut/yhteissyöttö-ratkaisut lupaavia tulevaisuudessa Kehitysasteella muitakin prosesseja (Virent ) Biohiilivetyjen ominaisuudet vaihtelevat raaka-aineen ja prosessin mukaan. Valmistuksessa huolehditaan lopputuotteen standardinmukaisuudesta. Tämä oli ensimmäinen tutkimus bio-hiilivetyjen käytöstä bensiinikomponentteina.

29 Kokeellisen osuuden polttoaineet Ethanol (E85) Ethanol (E30) Ethanol + ETBE Isobutanol + ETBE Isobutanol Fossil Ethanol (E10) ETBE Isobutanol n-butanol Bio-HC Bio-HC + ethanol Bio-HC+ ETBE Bio-HC + isobutanol E85 compatible FFV cars E10 compatible cars Present baseline Low emission alternatives for E85. High bioenergy achievable with Bio-hydrocarbons Bioenergy ~ 14% Bioenergy > 20% Bioenergy-%

30 Julkaisut Loppuraportti sisältäen kirjallisuustutkimuksen ja kokeellisen osuuden on viimeisteltävänä Tieteellinen artikkeli on julkaistu: SAE Uutuusarvoisia hiukkastuloksia on tarkoitus julkaista vuonna 2012.

31 ALATEHTÄVÄ C 2. sukupolven biodiesel hiukkassuodattimilla varustetuissa dieselhenkilöautoissa

32 Effect of Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) on Particulate Filters of Diesel Cars 2011 JSAE / SAE International - Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting Aaro Kopperoinen VTT Technical Research Centre of Finland

33

34 Tests test kilometers on chassis dynamometer Fuel Repetitions A EN B 30 % HVO + 70 % EN C 100 % HVO 4 D 10 % FAME + 90 % EN A EN 590 4

35

36

37

38

39 Relative differences of regenration intervall between the fuels Average with EN 590 was 329,43 km Min % Max % Min Max EN 590-1,3 0, % HVO -1,0 0, % HVO 20,5 23, % FAME 4,7 31,

40 RESULTS No remarkable difference between A and B fuels A: (EN590) and B: (30 % HVO + 70 % EN 590) Pressure drop rising rate was lowest using C (100 % HVO fuel) Fuel D gave the longest regeneration interval (10 % FAME + 90 % EN590) Pressure drop over DPF was not a determining parameter regarding start of the regeneration!

41 Pressure drop over DPF

42 Pressure drop over DPF

43 ALATEHTÄVÄ D Etanoli raskaan kaluston polttoaineena

44 Etanoli raskaan kaluston polttoaineena

45 Etanoli dieselmoottorin polttoaineena Etanolin setaaniluku n. 8 >> ei toimi sellaisenaan Nostetaan puristussuhdetta/ahtoastetta, ja käytetään sytytys- tai hehkutulppia 80-luvun tekniikkaa Käytetään lisäpolttoaineena dieselin rinnalla Kaksipolttoainemoottori; kaksi polttoainejärjestelmää Sekoitetaan dieselpolttoaineeseen huono liukoisuus, vaati väliliuottimen Lisätään sopivaa syttyvyydenparantajaa voidaan korvata diesel kokonaan Kaikissa muodoissa vaatii erikoismoottorin! lähde: Mathias Olofsson/SEKAB Bioethanol as a Clean Alternative for Urban Heavy Transport

46 Scanian etanoli-dieselin historia eläköityi v yli 1 milj. km ajettuna lähde: Mathias Olofsson/SEKAB Bioethanol as a Clean Alternative for Urban Heavy Transport

47 käytössä yli 500 bussia

48 Etanolimoottorin tekniikkaa Perustuu 9-litran Euro IVtason dieselmoottoriin Tyyppihyväksytty EEVtasolle Dieselprosessin mukainen toiminta = puristussytytys Hyvä hyötysuhde (43 %), lähes sama kuin dieselillä lähde: RED95 Etanolitilaisuus / Oy Scan-Auto Ab

49 SCANIA-etanolimoottorin muutokset Etanolimoottorin tekniikkaa Suurikapasiteettisempi polttoaineen ruiskutusjärjestelmä Korkeapuristeisemmat männät (e=28:1) Erilainen ohjelmointi moottorinohjauksessa VTT:lle on hankittu ja asennettu po. moottori tulevaa projektivaihetta varten Etanolia kestävät tiivisteet, suodattimet ja o-renkaat lähde: RED95 Etanolitilaisuus / Oy Scan-Auto Ab

50 Polttoaine 96 % jätepohjaista bioetanolia (vesipitoisuus max 4 til-%) 3,5 % syttyvyydenparantajaa korroosionestoaineita voitelevuuslisäaineita denaturointiaineita =

51 SCANIA-etanolimoottorin muutokset Etanolimoottorin pakokaasupäästöt Haluttiin varmentaa todellista ajoa vastaavilla sykleillä! lähde: Mathias Olofsson/SEKAB Bioethanol as a Clean Alternative for Urban Heavy Transport

52 Esikokeet VTT:llä Jäte/jakeluauto Kaupunkibussi

53 Yhteenveto - Etanoli vastaan kilpailijat Jakelukuorma-autot: keskimääräiset NOx-päästöt 75 % vähenemä hiukkasissa (PM) verrattuna diesel-keskiarvoon energian kulutus samaa luokkaa kuin dieseleissä Bussit: keskimääräiset NOx-päästöt keskimääräiset hiukkaspäästöt (PM); korkeammat kuin CNGautoilla tai dieseleissä joissa DPF energian kulutus: hieman korkeampi (+8 %) kuin dieselkeskiarvo huomattavasti pienempi (-30 %) kuin CNG-keskiarvo

54 Kenttäkoe Virallinen aloitus helmikuussa 2011 Tankkauspisteen perustaminen & ensimmäinen auto liikenteeseen Tämän hetken tilanteessa kokeeseen kiinnitettynä: Jakeluauto (Valio) Jäteauto (Sita) Jäteauto (L&T) Kolmivuotinen seurantajakso VTT seuraa päästöjen ja muiden suoritusarvojen kehittymistä Alkumittaukset käynnissä Linja-autojen osuus vielä suunnitteluasteella

55 Lisätietoja:

56 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa