Vliv podílů biosložek na bázi alkoholů a mastných kyselin na fyzikální vlastnosti konvenčních paliv pro spalovací motory

Ing. Daniel Trost

Doctoral thesis

•The effect of alcohols and fatty acids biobased components on the physical properties of conventional fuels for internal combustion engines

Abstract:

Disertační práce se zabývá tokovými vlastnostmi směsí konvenčních paliv a biosložek na bázi alkoholů a mastných kyselin, které slouží jako paliva pro spalovací motory. V posledních desetiletích se v souvislosti s omezenými zásobami ropy a ochranou životního prostředí zvýšila poptávka po obnovitelných zdrojích paliva jakožto možné náhradě konvenčních paliv. K experimentům byly vytvořeny směsi biobutanolu a automobilového benzinu s oktanovým číslem 95 a 98. Současně byly vytvořeny směsi motorové nafty a bionafty, a případně i bioalkoholu (biobutanolu nebo bioethanolu). Bionafta byla zastoupena metylesterem řepkového oleje a metylesterem z vedlejších živočišných produktů, jenž lze označit za biopalivo II. generace. Hustota a viskozita paliv a směsí byla měřena v teplotním intervalu od -10 do 40 °C, respektive do 60 °C pro naftové směsi. Dle očekávání klesala hustota i viskozita všech paliv a směsí se zvyšující se teplotou. Ve zvolených teplotních intervalech vykazoval pokles hustoty paliv a směsí lineární průběh a pokles viskozity průběh nelineární. Bod tuhnutí metylesteru z vedlejších živočišných produktů byl smísením v poměru 1:1 s metylesterem řepkového oleje snížen o 7,5 °C z původních 11 °C. Další snížení bodu tuhnutí i viskozity bylo dosaženo přimísením bioalkoholu, přičemž bioethanol měl významnější vliv na snížení viskozity i bodu tuhnutí než biobutanol (p<0,05). V rámci experimentu byly vytvořeny matematické prediktivní modely popisující závislost hustoty a viskozity všech testovaných paliv a směsí na teplotě. Matematické prediktivní modely dosahují vysokých hodnot koeficientu determinace R2 a zároveň nízkých hodnot součtu kvadratických chyb. Jako nejvhodnější matematický prediktivní model popisující teplotní závislost viskozity paliv a směsí pro zážehové i vznětové motory se jeví model Vogelův.

Abstract:

This dissertation deals with the flow properties of mixtures of conventional fuels and bio-based alcohols and fatty acids used as fuels for internal combustion engines. In recent decades, the demand for renewable fuel sources as a possible replacement for conventional fuels has increased due to limited oil reserves and the emphasis on the environmental protection. Mixtures of biobutanol and automotive gasoline with octane numbers of 95 and 98 have been developed for experimentation. At the same time, blends of diesel and biodiesel, and possibly bioalcohol (biobutanol or bioethanol) were created. Biodiesel was represented by rapeseed oil methyl ester and animal by-product methyl ester, which can be described as II. generation biofuel. The density and viscosity of the fuels and blends were measured in the temperature range -10 to 40 °C and 60 °C for diesel blends, respectively. As expected, the density and viscosity of all fuels and blends decreased with increasing temperature. Over the selected temperature intervals, the decrease in density of fuels and blends showed a linear trend and the decrease in viscosity showed a non-linear trend. The pour point of the animal by-product methyl ester was reduced by 7,5 °C from the original 11 °C by mixing in a 1:1 ratio with rapeseed oil methyl ester. Further pure point and viscosity reduction were achieved by blending with bioethanol, with bioethanol having a more significant effect on the pure point and viscosity reduction than biobutanol (p<0.05). Mathematical predictive models describing the temperature dependence of the density and viscosity of all tested fuels and blends were developed as part of the experiment. The mathematical models achieve high values of the coefficient of determination R2 and at the same time low values of the sum of squared errors. The most appropriate mathematical model to describe the temperature dependence of the viscosity of fuels and blends for both spark ignition and diesel engines is the Vogel model.

Keywords

palivo, metylester mastných kyselin, bioalkohol

Keywords

fatty acid methyl ester, bioalcohol, fuel

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Vojtěch Kumbár, Ph.D.
• Reader: Štefan Čorňák, prof. Dr. Ing., Zuzana Hlaváčová, externi, Marie Sejkorová, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Agricultural Specialization / Agricultural Technology and Machinery