Ultraschall-Emulgierung von Biodiesel und Diesel-Wasser

Was ist Diesel-Wasser-Emulsion?

Um am besten zu verstehen, was eine Diesel-Wasser-Emulsion ist, müssen wir zunächst den Prozess der Emulgierung von Flüssigkeiten besprechen. Chemisch gesehen ist eine emulgierte Flüssigkeit, auch Dispersion genannt, eine Flüssigkeit, in der verteilte Partikel eines Materials in einem anderen Material dispergiert sind.

Eine Diesel-Wasser-Emulsion ist eine Mischung aus Wasser, Dieselkraftstoff und mehreren Additiven. Es ist wichtig zu beachten, dass Dieselkraftstoff, bei dem es sich um ein Öl handelt, sich nicht in Wasser lösen kann. Das heißt, wenn Wasser im Dieselkraftstoff dispergiert wird, kann es emulgiert werden, es entsteht jedoch nie eine homogene Flüssigkeit.

Wo werden emulgierte Kraftstoffe eingesetzt?

Die Mischung aus Wasser, Dieselkraftstoff und mehreren Additiven, die sogenannte Diesel-Wasser-Emulsion, kann in jedem Dieselmotor verwendet werden.

Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass durch die Zugabe von Wasser zum Kraftstoffgemisch die Energie, die der Generator erzeugen kann, reduziert wird. Bei emulgierten Kraftstoffen besteht der Nachteil, dass eine stärkere Reduzierung der Emissionen mit einer stärkeren Verringerung der Generatorkapazität einhergeht. Die Kapazitätsreduzierung wird je nach den angestrebten Emissionswerten variieren, typische Kapazitätsreduzierungen liegen jedoch bei etwa 10–35 %.

Oft führt die Kombination der Verwendung einer Diesel-Wasser-Emulsion mit einem effizienten Dieselgenerator zu einem besseren Kraftstoffverbrauch der Emulsion. In vielen Fällen überwiegen die Vorteile des geringeren Kraftstoffverbrauchs und der Reduzierung schädlicher Motoremissionen die nicht wünschenswerte Leistungsreduzierung des Motors bei weitem. Neben der Möglichkeit, Dieselemulsionen als Kraftstoffquelle zu nutzen, gibt es auch sekundäre Vorteile, darunter die Abmilderung der bei der Verbrennung entstehenden hohen Temperaturen sowie die Reduzierung von Emissionen.

Reduzierte Verbrennungstemperaturen

In vielen Fällen ist es wünschenswert, die Wärmemenge, die ein Motor oder Generator unter Last erzeugt, zu reduzieren und zu kontrollieren. Erhöhte Hitze kann zu vorzeitigem Verschleiß von Motorkomponenten, zum Zerfall von Flüssigkeiten und zu einer Verkürzung der Nutzungsdauer der Ausrüstung führen. Viele Studien haben gezeigt, dass die Verwendung einer Dieselemulsion als Kraftstoffquelle die Verbrennungstemperatur effektiv senken kann, was alle Vorteile einer niedrigeren Betriebstemperatur mit sich bringt, einschließlich einer höheren Motoreffizienz, einem geringeren Komponentenverschleiß und einer längeren Lebensdauer der Ausrüstung.

Der andere Hauptvorteil der Kraftstoff-Wasser-Emulsion, die die Betriebstemperatur senkt, besteht darin, dass dadurch der thermische Wirkungsgrad des Motors erhöht werden kann. Per Definition ist der thermische Wirkungsgrad das Verhältnis der von einem Motor geleisteten Arbeit zur Wärmemenge, die von Kraftstoff und Motor während derselben Arbeitszeit erzeugt wird. Ein erhöhter thermischer Wirkungsgrad bedeutet eine kühlere Betriebsausrüstung und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch.

Ultraschall-Wasser-in-Kraftstoff-Emulsionen

Leistungsultraschall ist eine bekannte und bewährte Technologie zur Herstellung feiner Emulsionen mit Tröpfchen im Mikro- und Nanobereich. Die Ultraschall-Emulgiertechnologie basiert auf Kavitationsscherkräften. Durch Ultraschallkavitation werden die Wasser- und Kraftstofftröpfchen auf Nanogröße minimiert und miteinander vermischt, sodass eine feine (Nano-/Mini-)Emulsion entsteht.

Bei der Ultraschall-Inline-Emulgierung können die getrennten Kraftstoff- und Wasserströme präzise eingestellt werden, sodass ein konstantes Verhältnis von Wasser und Kraftstoff gewährleistet ist.

Die Ultraschallhomogenisatoren können direkt vor der Einspritzpumpe installiert werden, so dass die homogene Wasser-Kraftstoff-Emulsion sofort in den Motor eingespritzt werden kann und eine Speicherung der Kraftstoffemulsion vermieden wird. Wenn die Wasser-Kraftstoff-Emulsion in den Brennraum eingespritzt wird, verdampfen die Wassertröpfchen aufgrund der hohen Temperaturen schnell, da der Siedepunkt von Wasser viel niedriger ist als der des Kraftstoffs. Während des Verdampfungsprozesses zerplatzen die Wassertröpfchen mikroexplosiv und zerlegen den Kraftstoff in kleinere Tröpfchen.

Dadurch wird der Wasser-Kraftstoff in der Brennkammer zerstäubt, so dass sich Kraftstoff und Luft in der Brennkammer besser vermischen und der Kraftstoff vollständig verbrannt werden kann. Die sehr kleinen Tröpfchen bieten eine sehr große Partikeloberfläche, was zu einer großen Wasser-Öl-Grenzfläche mit geringer Spannung führt, was die Zerstäubung weiter verbessert. Dadurch wird die Verbrennungseffizienz erhöht, was letztendlich zu einer deutlichen Reduzierung der Brennstoffkosten führt, die die Kosten für die Emulgierung übersteigt. Bei der Ultraschall-Mischtechnologie handelt es sich um einen Inline-Prozess, der problemlos an bestehenden Motoren nachgerüstet werden kann. Der Motor selbst erfordert keine Modifikationen.

Umwelt- und wirtschaftliche Vorteile:

geringere NOx-Emissionen

geringere Rußemissionen

reduzierter Kraftstoffverbrauch

vollständigere Verbrennung

niedrigere Spitzenverbrennungstemperaturen

weniger Verschmutzung im Kessel