Fot. sxc.hu, PWr

Badania przeprowadzone przeze mnie na hamowni silnikowej dowiodły, że tradycyjne silniki z zapłonem samoczynnym mogą być bez żadnej adaptacji zasilane mieszaniną oleju rzepakowego i alkoholu butylowego.

Kiedyś sam Rudolf Diesel zamierzał spalać w swym silniku olej arachidowy. Jednak rozwój destylacji ropy naftowej sprawił, że pomysł ten na długie lata został zapomniany. Obecnie ze względów ekologicznych (a w coraz większym stopniu też ekonomicznych) rośnie zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii, do których należą rozmaite produkty pochodzenia roślinnego, a w szczególności oleje. Niestety, w czystej postaci nie nadają się one do napędzania silników wysokoprężnych. Dopiero domieszka alkoholu butylowego czyni z nich paliwo wręcz idealne.

Właściwości oleju rzepakowego

W naszej strefie geograficznej najpopularniejszy i najtańszy jest olej otrzymywany z rzepaku. Silnik wysokoprężny korzystający z paliwa rzepakowego bez domieszek pracuje ciszej, lecz zużywa go nieco więcej niż przy zasilaniu olejem napędowym. Wynika to stąd, że wartość opałowa świeżego oleju roślinnego wynosi około 96% wartości opałowej oleju napędowego. Większe jednak problemy stwarza jego ograniczona trwałość, charakterystyczna dla wszystkich olejów roślinnych, a przede wszystkim znaczna zależność gęstości od temperatury.

Ostatnia z tych cech sprawia, iż czysty olej roślinny nadaje się do spalania w silniku o zapłonie samoczynnym dopiero po podgrzaniu do temperatury 70°C, co oznacza konieczność daleko idącej przebudowy układu zasilania. Po jej dokonaniu do uruchamiania silnika używa się zwykłego oleju napędowego i wtryskuje się go do cylindrów tak długo, aż ciepło pobierane z obiegu chłodzenia podgrzeje olej roślinny do odpowiedniej temperatury. Potrzebna jest więc w tym celu dodatkowa instalacja paliwowa, złożona ze specjalnego zbiornika na olej rośliny, wymiennika ciepła, elektrozaworu zmieniającego rodzaj stosowanego paliwa oraz przewodów doprowadzających.

Przed zatrzymaniem silnika pracującego na oleju roślinnym należy ponownie włączyć zasilanie olejem napędowym, aby po pierwsze – ułatwić ponowny rozruch, a po drugie – usunąć resztki oleju roślinnego z pompy wtryskowej i  wtryskiwaczy, gdyż ich pozostawienie może być przyczyną uszkodzenia układu wtryskowego.

Z tych względów zamiast wspomnianych zmian konstrukcyjnych stosuje się rozwiązanie prostsze, czyli domieszkę oleju roślinnego (nie więcej jednak niż 20% całej mieszanki) do standardowego. Taki sposób zasilania nie wpływa negatywnie na pracę silnika.

Produkcja paliwa olejowo-butylowego

Butanol – alkohol o wzorze C4H9OH – produkowany jest tradycyjnie z paliw kopalnych, a obecnie można go także uzyskiwać w drodze fermentacji z biomasy, stosując bakterie Clostridium acetobutylicum oraz zmodyfikowane E.coli. Substancja ta w stanie czystym nie nadaje się do zasilania silników, może jednak wchodzić w skład paliwowych mieszanek. Według koncepcji profesora Lecha Sitnika – niekonwencjonalnym paliwem odnawialnym do silników o zapłonie samoczynnym może być mieszanina czystego oleju roślinnego z butanolem. Przy ich stosunku 2:3 uzyskuje się ciecz o gęstości oleju napędowego, a pod względem innych parametrów fizyczno-chemicznych bardzo do niego zbliżoną. Paliwo to nie wymaga specjalistycznych urządzeń produkcyjnych, wystarczy tylko oba jego składniki ze sobą wymieszać. Im większa jest czystość użytych olejów roślinnych i alkoholu butylowego, tym jakość paliwa staje się lepsza.

	Produkcja przemysłowa mieszaniny olejowo-butylowej odbywa się przy temperaturach 20-50oC i ciśnieniu atmosferycznym, a przebiega w następujących etapach: przygotowanie oleju roślinnego (filtracja), odparowanie wody z oleju roślinnego, określenie gęstości oleju roślinnego, przygotowanie butanolu (filtracja), odparowanie wody z butanolu, określenie gęstości butanolu, mieszanie oleju roślinnego z butanolem w odpowiedniej proporcji. Badania na hamowni Do testów użyto seryjnego silnika wysokoprężnego Perkins AD 3.152 z oryginalnymi, fabrycznymi nastawami. Analiza porównawcza jego pracy przy zasilaniu opisaną uprzednio mieszanką olejowo-alkoholową i standardowym olejem napędowym wykazała pewne różnice, niekiedy nawet na korzyść paliwa eksperymentalnego. Tak więc spalanie mieszaniny oleju rzepakowego z alkoholem butylowym wpłynęło znacząco na zmniejszenie hałaśliwości pracy silnika, a także zadymienia spalin oraz ilości zawartych w nich tlenków azotu, węglowodorów i siarki. Wzrosła natomiast emisja tlenków węgla. Mieszanka olejowo-alkoholowa ma lepsze właściwości smarne niż olej napędowy, co pozytywnie wpływa na pracę systemu wtryskowego.  Dodatkową zaletą paliwa roślinnego jest jego zdolność do biodegradacji. Porównanie wybranych elementów charakterystyki zewnętrznej silnika wykazało, że z powodu różnej wartości opałowej porównywanych paliw: moc użyteczna silnika wysokoprężnego jest niższa przy zasilaniu paliwem roślinnym o dziesiętne części kilowata, co w przypadku napędzania pojazdu można uznać za różnicę nieodczuwalną; podobnie zmienia się moment obrotowy mierzony na wale korbowym, jednak wraz z jego wartością zwiększają się różnice pomiędzy efektami zasilania tradycyjnego i eksperymentalnego; jednostkowe zużycie mieszanki oleju rzepakowego z alkoholem butylowym jest nieco większe niż oleju napędowego. Istotną wadą roślinnych paliw ekologicznych są w obecnych realiach gospodarczych znacznie wyższe koszty ich pozyskiwania w porównaniu z paliwami powstającymi w wyniku destylacji ropy naftowej.
Rys.: Stanowisko testowe z silnikiem Perkins AD.3.152

Tweet

Piotr Kardasz
Politechnika Wrocławska