Vetykäsitellyn kasviöljyn käyttö dieselmoottorissa MOOTTORITEKNIIKAN SEMINAARI DIPOLI Tuukka Hartikka, Neste Oil Oyj Tuukka.hartikka@nesteoil.com
Biopolttoainevaihtoehtoja dieselmoottoriin HVO, NExBTL FAME, RME Kasviöljyt, rasvat Biokaasu (dual-fuel) DME BTL polttoaineet Etanoli Tuukka Hartikka 2
Yleisimmät biopohjaisen dieselin valmistustavat: Esteröinti tai vetykäsittely Natural gas Source: CPL Press 2007 Maakaasun syöttö suurin piirtein sama molemmissa tavoissa. Tulevaisuudessa mahdollisesti käytetään biokaasua? Tuukka Hartikka 3
Fossiilisen dieselin, biodieselin ja vetykäsitellyn kasviöljyn koostumus Aromaatit [C n H n ] Metyyliesteri Triglyseridit Parafiinit [C n H 2n+2 ] FAME Rasvahapot Nafteenit [C n H 2n ] Parafiinit bentseeni Fossiilinen diesel HVO Raaka-aineet Tuukka Hartikka 4
Polttoaineiden tyypilliset arvot EN 590 Biodiesel diesel HVO GTL FAME (Kesä) (Rapsi) Tiheys (kg/m 3 ) 835 780 770... 785 885 Viskositeetti (mm 2 /s) 3.5 2.5... 3.5 3.2... 4.5 4.5 Setaaniluku 53 75... 90 73... 81 51 Tislausalue ( C) 180... 360 180... 320 190... 330 350... 370 Lämpöarvo (MJ/l) 35.7 34.4 34.0 33.2 Aromaatit (%) 30 0 0 0 Happi (%) 0 0 0 11 Rikki (mg/kg) < 10 < 10 < 10 < 10 Tuukka Hartikka 5
Vetykäsitelty kasviöljy (HVO) dieselmoottorissa Tuukka Hartikka 6
HVO:n ruiskutuskäyttäytyminen HVO ja common rail ruiskutusjärjestelmä Ruiskun muoto, tunkeuma ja pisarakoko vastaavat kuin fossiilisella dieselillä Pisaroiden nopeus hieman suurempaa Volumetrinen ruiskutusmäärä samalla suuttimen aukioloajalla hieman (~4%) suurempi -> maksimi teho fossiilista vastaava HVO ja tilavuusperustaiset järjestelmät (esim. rivi- ja jakajapumput) HVO:n kokoonpuristuvuus suurin piirtein fossiilista vastaava Ruiskutuksen alkuhetkessä ei suurta muutosta (<0.5CAD) Volumetrinen ruiskutusmäärä fossiilista vastaava -> maksimi teho 4-5 % fossiilista pienempi Kuvien lähde: Spray studies and diesel fuel comparison - IFRF Tuukka Hartikka 7
HVO:n palamiskäyttäytyminen HVO:lla erittäin korkea setaaniluku (>75) Syttymisviive lyhenee ja palaminen stabiloituu Vaikutus vähenee kuorman kasvaessa Premix palamisen osuus vähenee Maksimi palamisnopeus matalampi Laskee palamismelua, laskee päästöjä Palamisen huippulämpötila tyypillisesti fossiilista matalampi HVO ei sisällä aromaattisia hiilivetyjä Kuvien lähde:sae 2011-01-1954 Tuukka Hartikka 8
HVO:n vaikutus päästöihin Korkea setaaniluku, aromaatittomuus sekä matala tislauksen loppupää auttavat laskemaan pakokaasupäästöjä Korkea setaaniluku laskee erityisesti CO ja HC päästöjä Aromaatittomuus laskee NOx sekä hiukkauspäästöjä Myös sääntelemättömät päästöt (PAH, hiukkasten lukumäärä, jne.) laskevat HVO:lla n. 40:n raskaankaluston ajoneuvon ja moottorin mittauksen perusteella päästövähenemät keskimäärin : NOx -9% PM -33 % CO / HC ~ - 20% Tuukka Hartikka 9
Moottorin optimointi vetykäsitellylle kasviöljylle (HVO) Tuukka Hartikka 10
Tuukka Hartikka 11
Tuukka Hartikka 12
ReFuel, 3 optimoitua kuormapistettä Tuukka Hartikka 13
Tuukka Hartikka 14
Tuukka Hartikka 15
Port of Rotterdam kenttäkoe Rotterdamin satama-aluksessa 100 % HVO koekäytössä marraskuusta 2011 lähtien Aluksen moottorit 2 propulsiomoottoria, Caterpillar 3412E 2 moottoria palon sammutukseen, Caterpillar 3406E 2 generaattorimoottori, Caterpillar C4.4 ja 3304 Nyt ajettu >1000 tuntia sekä 1 moottori testattu koepenkissä ja purettu Testi sujunut ongelmitta Päästötulokset ja purkuosien analyysit vielä työnalla Tuukka Hartikka 16
Excellent performance in demanding field tests Buses and public transport 300 buses run on NExBTL in Helsinki Metropolitan Area Finland 2007 2010 4 standard Mercedes-Benz buses run on 100% NExBTL in Germany 2008 2011 Passenger cars Improves the quality of urban air Performs excellently at 100% content Passenger cars running on NExBTL in Helsinki, Finland and Coburg, Germany Race car tests in a 24-Hour Race in Germany with a NExBTL blend Heavy traffic and transportation Road tanker truck test in Finland from 2011 on with 100% NExBTL renewable diesel 10 standard Mercedes-Benz trucks run on 100% NExBTL in Germany 2008 2011 75 different vehicles in the arctic field test lasting for 10 months in Canada 2007 2008 Works perfectly in trucks and buses Can be used at temperatures as low as -44 C Aviation and marine Lufthansa used NExBTL renewable aviation fuel in its commercial flights for 6 months in 2011. Port Authority patrol boat running on NExBTL diesel in the Port of Rotterdam since fall 2011. Tuukka Hartikka 17
Yhteenveto HVO:ta voidaan käyttää 100%:na dieselmoottoreissa ilman teknisiä rajoitteita Moottorivalmistaja voi vaatia EN590 mukaista polttoainetta: 100 % HVO:n tiheys alle EN590 rajan -> blendi täyttää EN590 HVO:lla saadaan merkittäviä päästöhyötyjä Säännellyt päästöt, sääntelemättömät päästöt sekä kasvihuonekaasupäästöt HVO:lla vielä suurempia hyötyjä jos moottorin kalibrointia muutettu Polttoaineen kulutus päästöt tradeoff optimointi Tuukka Hartikka 18