TRANSBIOPOLTTOAINE Henkilöautokaluston 2. sukupolven biopolttoainevaihtoehdot Juhani Laurikko, VTT 03.11.2011
18.11.2011 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
18.11.2011 3 ALATEHTÄVÄ A Korkean pitoisuuden etanolipolttoaine FFV-autoihin Koostumuksen optimointi kylmiin olosuhteisiin Raaka-ainevarantojen ja prosessiteknologioiden arviointi
18.11.2011 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!
18.11.2011 5 Biojätteen tie RE85:ksi rehua karjalle elintarvikejäte jakeluasema esiprosessi (85%) puhdistus 99,8% tasolle sekoitus polttoaineeksi
18.11.2011 6 Käyttää biojätettä kotitalouksista, kaupasta ja teollisuudesta
Raaka-ainepohja laajenee 18.11.2011 7 Tavoitetuotanto yhteensä yli 300 milj. litraa
REFUEL polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin
18.11.2011 9 Peruslaatuna normi-e85 EtOH 85% BE95 15% 5 erilaista sekoitetta, joissa bioetanolia 70-85 % bensiiniosuus koostuu useasta eri seoskomponentista ja niiden yhdistelmästä Verrokkina E10 bensiini kesä- ja talvihöyrynpaineet erikseen KOEPOLTTOAINEET
18.11.2011 10 Koeautot Sarja 1 2009/2010 Euro 4 hyväksyttyjä, MPFI+TWC 9-3 1.8t BioPower V70 2.5 FT DRIVe Mondeo 2.0 Flexifuel
18.11.2011 11 Koeautot Sarja 2 03/2011 Euro 4 hyväksyttyjä, MPFI+TWC Mondeo 2.0 Flexifuel Sandero 1.6 HiFlex
18.11.2011 12 Koeautot Sarja 3 06/2011 Euro 5 hyväksyttyjä, GDI+TWC Uusinta suoraruiskutusmoottoritekniikkaa! A4 2.0 TFSI Passat 1.4 TSI Multifuel
18.11.2011 13 Vakioanalyysit CVS + AMA2000 CVS laimennus ja keräys AMA2000 kaasuanalysaattorit
18.11.2011 14 Erikoisanalyysit Aldehydit + etanoli FTIR ja DNPH-näytteenotto aldehydimääritystä varten (+HPLC) Näytteenotto etanolimääritystä varten (+HPLC)
18.11.2011 15 Uusimmista myös Hiukkaspäästöjen mittauksia: massa ja kokojakautuma (ELPI)
18.11.2011 16 Koematriisi kokonaisuudessaan 2009/2010/2011 polttoaine koelämpötila Autoja # Pa1 +23-7 3 Pa2 +23-7 3 Pa3 +23-7 7 Pa3T -15-20 -25-25 LL 3 Pa5-15 -20-25 3 Pa7-7 -20-25 -25 LL 3 E10K +23-7 5 E10T -7-25 3 Pa3w +23-7 2 3F95 +23-7 2 ei käynnistyt LL = lohkolämmitin 2 h Yhteensä noin 150 yksittäistä koetta joka kokeesta noin 50 tuloslukua, eli yli 7500 datapistettä analysoitavaksi!
HC emissio [g/km] @ EC2000 18.11.2011 17 7 6 Käynnistyvyysraja < -20 o C REFuel1-laatu talvihöyrynpaineella 5 4 3 NORMI-E85 REFuel1-laatu kesähöyrynpaineella 2 1 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
HC emissio [g/km] @ EC2000 18.11.2011 18 7 6 + 2h lohkolämmitin 5 4 3 samalla tasolla kuin bensiini (E10) 2 1 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
18.11.2011 19 Kylmäkäynnistysten vaikutukset Kylmäkäynnistyksessä pakokaasupäästöt moninkertaistuvat Hiilivetypäästöissä voimakkain kasvu Vaikutus havaittavissa kuitenkin vain ensimmäisten 2-5 km aikana Lämpimällä moottorilla ei ulkolämpötilalla juuri vaikutusta
18.11.2011 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
Euro4 vs. Euro5 18.11.2011 21
18.11.2011 22 FFV autot ja niiden tarjonta Suomessa
18.11.2011 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 9-3 2.0T 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 10.10.2011
18.11.2011 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
18.11.2011 26 ALATEHTÄVÄ B Korkeaseosteiset biokomponentit henkilöautojen polttoaineisiin muut kuin etanoli
TransEco Biobensiini -hanke Päivi Aakko-Saksa ja Leena Rantanen-Kolehmainen Tiivistelmä 27.10.2011 VTT Technical Research Centre of Finland
18.11.2011 28 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!
18.11.2011 29 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.
18.11.2011 30 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% 0 10 20 30 40 50 60 Bioenergy-%
18.11.2011 31 Julkaisut Loppuraportti sisältäen kirjallisuustutkimuksen ja kokeellisen osuuden on viimeisteltävänä Tieteellinen artikkeli on julkaistu: SAE 2011-24-0111. Uutuusarvoisia hiukkastuloksia on tarkoitus julkaista vuonna 2012.
18.11.2011 32 ALATEHTÄVÄ C 2. sukupolven biodiesel hiukkassuodattimilla varustetuissa dieselhenkilöautoissa
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
18.11.2011 34
18.11.2011 35 Tests 10 000 test kilometers on chassis dynamometer Fuel Repetitions A EN 590 3 B 30 % HVO + 70 % EN 590 5 C 100 % HVO 4 D 10 % FAME + 90 % EN 590 5 A EN 590 4
18.11.2011 36
18.11.2011 37
18.11.2011 38
18.11.2011 39
18.11.2011 40 Relative differences of regenration intervall between the fuels Average with EN 590 was 329,43 km Min % Max % Min Max EN 590-1,3 0,9 325 332 30 % HVO -1,0 0,5 325 331 100 % HVO 20,5 23,5 397 407 10 % FAME 4,7 31,4 345 433
18.11.2011 41 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!
Pressure drop over DPF 18.11.2011 42
Pressure drop over DPF 18.11.2011 43
18.11.2011 44 ALATEHTÄVÄ D Etanoli raskaan kaluston polttoaineena
Etanoli raskaan kaluston polttoaineena
18.11.2011 46 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 16.09.2009
18.11.2011 47 Scanian etanoli-dieselin historia eläköityi v. 2000 yli 1 milj. km ajettuna lähde: Mathias Olofsson/SEKAB Bioethanol as a Clean Alternative for Urban Heavy Transport 16.09.2009
18.11.2011 48 2011 käytössä yli 500 bussia
Etanolimoottorin tekniikkaa 18.11.2011 49 Perustuu 9-litran Euro IVtason dieselmoottoriin Tyyppihyväksytty EEVtasolle Dieselprosessin mukainen toiminta = puristussytytys Hyvä hyötysuhde (43 %), lähes sama kuin dieselillä lähde: RED95 Etanolitilaisuus 9.2.2011 / Oy Scan-Auto Ab
SCANIA-etanolimoottorin muutokset Etanolimoottorin tekniikkaa 18.11.2011 50 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 9.2.2011 / Oy Scan-Auto Ab
18.11.2011 51 Polttoaine 96 % jätepohjaista bioetanolia (vesipitoisuus max 4 til-%) 3,5 % syttyvyydenparantajaa korroosionestoaineita voitelevuuslisäaineita denaturointiaineita =
18.11.2011 52 SCANIA-etanolimoottorin muutokset Etanolimoottorin pakokaasupäästöt Haluttiin varmentaa todellista ajoa vastaavilla sykleillä! lähde: Mathias Olofsson/SEKAB Bioethanol as a Clean Alternative for Urban Heavy Transport 16.09.2009
18.11.2011 53 Esikokeet VTT:llä Jäte/jakeluauto Kaupunkibussi
18.11.2011 54 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
18.11.2011 55 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
Lisätietoja: 18.11.2011 56
18.11.2011 57 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa