VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA KRAGUJEVAC

Studijski program: Motori i vozila Predmet: Motori SUS I

GORIVA ZA MOTORE SUS

- seminarski rad -

Student:

Predmetni nastavnik:

mr Nenad Vitošević, asistent

Kragujevac 2012

1. 094/2007 Avramović Stefan

SADRŽAJUVOD.........................................................................................................................................3

1. GORIVA ZA MOTORE SUS...........................................................................................4

2. ZAHTEVI MOTORA U POGLEDU GORIVA.............................................................6

3. OSNOVNE KARAKTERISTIKE MOTORSKIH GORIVA........................................7

3.1 Uticaj osobina motornih benzina na performanse i emisiju motora.......................8

3.2 Uticaj osobina dizel goriva na performanse i emisiju motora...............................10

4. POJAM I VRSTE ALTERNATIVNIH GORIVA........................................................12

4.1 Gasovita ( gasna ) alternativna goriva.....................................................................12

4.1.1 Tečni naftni gas (TNG)......................................................................................13

4.1.2 Prirodni ( zemni ) gas.........................................................................................15

4.1.3 Vodonik...............................................................................................................16

4.2 Tečna alternativna goriva.........................................................................................16

4.2.1 Metanol..............................................................................................................17

5. ZAKLJUČAK..................................................................................................................18

6. LITERATURA.................................................................................................................19

UVOD

Energija koja je potrebna za ostvarivanje radnog ciklusa motora SUS, dobija se putem hemijske reakcije sagorevanja goriva neposredno u cilindru motora. Kod motora SUS primenjuju se skoro, isključivo, tečna i gasovita goriva. Sva goriva za motore, sastoje se iz ugljovodonika čiji se molekuli sastoje iz ugljenika i vodonika.

Klipni motori su u mnogome zavisni od kvaliteta goriva. Motorski zahtevi za gorivom oslikavaju uslove za normalno sagorevanje goriva u motoru.

Za pogon automobilskih motora, i pored pokušaja primene drugih alternativnih goriva, još uvek dominiraju ( sa udelom od preko 98 % ) goriva fosilnog porekla dobijena frakcionom destilacijom nafte. Prema evropskim planovima razvoja, alternativna goriva trebalo bi da učestvuju u ukupnoj potrošnji goriva u 2020. godini sa 20 %. Tečni naftni gas postao je jedno od najvažnijih alternativnih goriva na globalnoj automobilskoj sceni i jedan od najvažnijih faktora za modifikaciju motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Sve većim zahtevima za očuvanjem prirode i rigoroznijim normama koncentracije štetnih gasova u vazduhu, TNG bi trebalo da postane jedno od primarnih goriva u auto - industriji, tako da je ekološka preporuka da se TNG svrsta među prioritetna alternativna goriva.

3

1. GORIVA ZA MOTORE SUS

Gorive materije predstavljaju takve supstance koje sagorevanjem - procesom burnog sjedinjavanja sa kiseonikom, pored materijalnih produkata procesa (produkata sagorevanja), oslobađaju određenu količinu toplote. Za razliku od drugih termogenih materija (nekonvencionalna goriva), koje u nekom drugom termogenom procesu mogu dati određenu količinu toplote, konvencionalna ili klasičnim goriva oslobađaju toplotu samo u termogenom procesu sagorevanja. Kao takva, goriva danas predstavljaju osnovni izvor za dobijanje toplotne energije i ušla su u sve pore našeg života. [1]

Goriva se koriste počev od domaćinstava preko termoenergetskih i termotehničkih postrojenja svih vrsta (kotlova, industrijskih i metalurških peći), klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem, do mlaznih i raketnih motora. Da bi se određena materija mogla koristiti kao gorivo, mora ispuniti određene zahteve, i to:

da sagorevanjem u kratkom vremenskom intervalu daje određenu količinu toplote koja se može ekonomično koristiti,

da se u prirodi može naći u dovoljnim količinama, da se lako može eksploatisati, da ne sadrži prekomernu količinu negorivih materija, da ne menja sastav i karakteristike tokom skladištenja, transportovanja i rukovanja, da daje produkte sagorevanja koji nemaju štetan uticaj na materijale koji se koriste u

procesu, da imaju povoljne ekološke karakteristike na okolinu (da su produkti sagorevanja

bezopasni po okolinu - pojam "idealnog goriva").

Idealno gorivo, koje bi zadovoljilo sve ove zahteve, nažalost, ne postoji: najbolje je ono gorivo koje u specifičnim uslovima primene daje najbolje rezultate ispunjavajući više ili manje sve navedene uslove. [1]

Današnji veliki broj vrsta goriva javlja se kao posledica činjenice da se prirodna goriva, kakva se dobijaju neposredno po vađenju iz zemlje, prerađuju složenim procesima u cilju dobijanja kvalitetnijih goriva, pogodnijih i efikasnijih za specifične namene korišćenja. Kao primer može se navesti nafta. Ona je prvobitno prerađivana i korišćena samo za dobijanje petroleja za osvetljenje. Benzin i mazut, dobijeni prilikom prerade, nisu imali primenu i smatrani su krajnje nepotrebnim i opasnim balastom proizvodnje.

Sa konstruisanjem gorionika, mazut je postao cenjeno i traženo gorivo za industrijske peći i kotlove. Sa pojavom i razvojem klipnih motora, motornih vozila i vazduhoplova, počeo je da se koristi i benzin. Petrolej se koristi danas za pogon mlaznih motora. Tako iz nafte dobijamo niz dragocenih goriva:

gorive gasove, gorivo za oto motore (benzin), goriva za mlazne motore (petrolej),

4

goriva za dizel motore, goriva za raketne motore (specijalne frakcije) i goriva za industrijske peći i kotlove.

Broj danas korišćenih goriva je veći i zato što doskora zanemarivana goriva mogu biti iskorišćena, uz veću cenu dobijanja, s obzirom na rastuću nestašicu energetskih izvora.Opšta podela vrši se najčešće prema njihovom agregatnom stanju i prema načinu dobijanja. Prema agregatnom stanju goriva se dele na čvrsta, tečna i gasovita, a prema načinu dobijanja - na prirodna i prerađena. Pod prirodnim gorivima podrazumevamo ona goriva koja se nalaze u prirodi i koja se mogu koristiti već posle odstranjivanja grubih primesa. Prerađena goriva dobijaju se ili preradom prirodnih ili procesom u kome učestvuju i prirodna i veštačka goriva. Opšta podela goriva data je u tabeli 1.

Prema agregatnom stanjuPrema stepenu prerade

PRIRODNA GORIVA PRERAĐENA GORIVA

Čvrstodrvo, treset, ugljevi ( lignit,

mrki, kameni, aitracit ), gorivi škriljci, uljani pesak

drveni ugalj, briketi, polukoks, koks i dr .

Tečno naftabenzin, petroleum, dizel - motorsko gorivo, mazut,

alkoholi, ter i dr.

Gasovito prirodni zemni gasrafinerijski, destilacioni, generatorski, biogas i dr .

Tabela 1. Opšta podela goriva

Kod prerađenih goriva bliža podela obuhvatila bi primarna i sekundarna prerađena goriva dobijena primarnim odnosno sekundarnim procesima prerade. Tako bi benzin, dobijen osnovnim procesom prerade nafte, kojim se vrši samo fizičko razdvajanje nafte na niz produkata, bio produkt primarne prerade, a benzin dobijen postupkom krekovanja ( razlaganja težih naftnih derivata na lakše ) bio bi produkt sekundarne prerade. Benzin dobijen iz uglja, postupkom sinteze, bio bi, analogno prethodnom, sintetički benzin. [1]

Tečni gasovi ( butan ) bi bili produkti primarne prerade, dok bi sintezni gas, nastao delovanjem vodene pare i užarenog koksa ( sastavljen iz ugljenmonoksida i vodonika ) bio sintetički gas.

Pored ove opšte podele, goriva se mogu razvrstati: prema postojanosti na toplotu ( toplopostojana i toplonepostojana ); prema karakteru korišćenja ( energetska i tehnološka goriva ); prema zapaljivosti ( samozapaljiva i nesamozapaljiva ); prema primeni. [1]

5

2. ZAHTEVI MOTORA U POGLEDU GORIVA

Zahteve koje motori SUS postavljaju prema gorivima, najbolje ispunjavaju gasna i tečna goriva dobijena na bazi derivata nafte.

Osnovni zahtevi motora u pogledu potrebnog kvaliteta korišćenog goriva su:

Visoka energetska svojstva, odnosno visoka toplotna moć goriva, Lako obrazovanje smeše (mešanje sa vazduhom) pri svim radnim uslovima, a posebno

pri niskim temperaturama, Velika brzina sagorevanja, ali ne sme sagorevati detonatno, eksplozivno, Dobra otpornost prema detonatnom sagorevanju (oto), Sklonost ka samopaljenju (dizel), Sagorevanje bez taloga, pepela i ostataka, Dobra hemijska stabilnost, ne sme izazivati koroziju, Ne sme imati sastojke koji stvaraju toksične komponente pri sagorevanju, štetne po

okolinu ili motor, Mora biti pogodno i stabilno za uskladištenje i manipulaciju i Da ima nisku cenu. [2]

Specifični zahtevi vezani za određenu vrstu procesa kod goriva namenjenih motorima sa unutrašnjim sagorevanjem su:

za benzinska goriva - dobra otpornost na detonaciju (oktanski broj), za dizel goriva - sklonost ka samopaljenju (cetanski broj).

Ugljovodonična goriva za primenu kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem se dele na ugljovodonična gasna goriva i ugljovodonična tečna goriva. Ugljovodonična gasna goriva su metan - propan CNG, i butan - LPG, i njihove osnovne karakteristike su: dobro i lako obrazovanje smeše, dobro sagorevanje, povoljan sastav produkata sagorevanja (niska emisija CO, CO2 i HC), dobra otpornost na detonaciju, otežana manipulacija pri skladištu i transportu.

Ugljovodonična tečna goriva su: benzin - laki ugljovodonici sa 5-9 atoma C temperatura isparavanja u opsegu 50-

200oC, primenjuje se kod benzinskih motora (oto motor), kerozin - ugljovodonici sa 8-2 atoma C temperatura isparavanja u opsegu 150-300oC,

koristi se kod gasnih turbina, lako dizel gorivo - ugljovodonici sa 12-17 atoma C temperatura isparavanja u opsegu

220-350oC, primenjuje se kod lakih dizel motora, teško dizel gorivo - ugljovodonici sa 14-20 atoma C temperatura isparavanja u opsegu

300-380oC, primenjuje se kod sporohodih industrijskih i brodskih dizel motora. [2]

6

3. OSNOVNE KARAKTERISTIKE MOTORSKIH GORIVA

Gornja toplotna moć - HG - količina toplote koja se dobije potpunim sagorevanjem jedinične mase goriva pod sledećim uslovima: ugljenik i sumpor se nalaze u obliku svojih oksida, do sagorevanja azota nije došlo; produkti sagorevanja su dovedeni na početnu temperaturu ( 20oC ); voda iz goriva i ona dobijena sagorevanjem vodonika je u tečnom stanju. Donja toplotna moć - HG - količina toplote koja se dobije potpunim sagorevanjem jedinične mase goriva pod sledećim uslovima: ugljenik i sumpor se nalaze u obliku svojih oksida, do sagorevanja azota nije došlo; produkti sagorevanja su dovedeni na početnu temperaturu ( 20oC ); voda iz goriva i ona dobijena sagorevanjem vodonika je u parnom stanju. Stehiometrijska količina vazduha - Lmin, LTH - minimalna količina vazduha neophodna za sagorevanje jedinične mase goriva. [3]

Slika 1. Granice upaljivosti homogene smeše

Temperatura samopaljenja je temperatura na kojoj se pripremljena goriva smeša pali pod dejstvom sopstvene energije (benzini - 850-900, 750-800 dizel goriva K). Temperatura paljenja je temperatura na kojoj se pripremljena goriva smeša pali pod dejstvom spoljnjeg izvora upaljenja - parametar važan za skladištenje i transport goriva. Temperatura kristalizacije, zamućenja i kristalizacije odnose se na ponašanje goriva (dizel pre svega) na niskim temperaturama, a granice upaljivosti na oblast sastava smeše u kojoj je moguće upaliti smešu.

Otpornost na detonaciju - oktanski broj OB ( ON ) je procentualni udeo izooktana (C8H18) u smeši izooktana i n - heptana (C7H16) koja detonira pri istim uslovima kao i ispitivano gorivo. Polazi se od referntnog oktanskog brojai izooktana OB = 100 (otporan na detonaciju) i N - heptana OB = 0 ( izrazito neotporan na detonaciju ). OB se određuje prema specijalnim standardizovanim metodama na istraživačkim CFR motorima sa promenljivim stepenom sabijanja. [3]

7

Slika 2. Indikatorski dijagram pritiska tokom sagorevanja sa detonacijom

3.1 Uticaj osobina motornih benzina na performanse i emisiju motora

Motorni benzini moraju da imaju ne samo odgovarajući oktanski broj i kvalitet u primeni, nego i da zadovolje stroge ekološke propise. U tom smislu promenjena je klasična tehnologija proizvodnje motornih benzina kao i terminologija. Tako danas govorimo o reformulisanim motornim benzinima (RFG). RFG je benzin čija je struktura proizvodnje (sastav) promenjena radi smanjenja emisija štetnih materija iz vozila saglasno ekološkim propisima Agencije za zaštitu životne sredine (EPA). O potrebi kontrolisanja pojedinih karakteristika (osobina) goriva i njihov uticaj na emisiju i performanse motora reći će se više u narednom tekstu. [4]

OKTANSKI KVALITET GORIVA

Oktanska vrednost je merilo otpornosti goriva prema nenormalnom (neregularnom) sagorevanju. Postoje dve laboratorijske metode za određivanje OB benzina; jednom se određuje istraživački oktanski broj (NON), a drugom motorni oktanski broj (MOB). Vrednosti za NNO su veće od vrednosti za MOB i razlika između ove dve vrednosti se naziva osetljivost benzina i ista ne bi trebalo da premašuje vrednost od 10 jedinica. Vozila su projektovana i kalibrisana za određenu oktansku vrednost. Ako se koristi mb sa nižim OB od potrebnog, dolazi do "lupanja" u motoru što može da prouzrokuje njegovo ozbiljno oštećenje. Korišćenje benzina sa većim OB od potrebnog neće poboljšati performanse vozila. U svetskoj Povelji goriva navode se tri oktanske gradacije MB i to sa sledećim vrednostima za NNO / Mob: 91/82.5, 95/85 i 98/88 u cilju zadovoljenja maksimalne fleksibilnosti na tržištu. Ne postoji obaveza proizvodnje, odnosno plasmana sve tri gradacije benzina.

8

SADRŽAJ SUMPORA (S)

Sumpor ima nepovoljna dejstva na ukupnu emisiju i na vek komponenti i samog motora. Sumpor ima značajan uticaj na emisiju vozila zbog smanjenja efikasnosti katalizatora. Smanjenje sumpora će dovesti neposredno do smanjenja emisije na putu iz vozila koja su opremljena katalitičkim konvertorima. Takođe benzin sa niskim sadržajem S je nužan za uvođenje novih tzv. tehnologija siromašne smeše, koji-ma se smanjuje potrošnja goriva za 15-20%. Ove tehnologije su veoma osetljive na sumpor u gorivu.

SADRŽAJ OKSIGENATA

Organski oksigenati kao što su MTBE, ETBE (metil-, etil - tercijarnibutil etar) i etanol često se dodaju benzinima za povećanje OB, povećanje benzinskog pula, ali takođe i radi smanjenja emisije CO. Kada se uporede podaci o emisiji za goriva koja sadrže etanol sa onima koje sadrži MTBE prednost je data etrima. Međutim, u poslednje vreme u SAD se vodi kampanja kojom se traži zabrana korišćenja MTBE, kod proizvodnje MB zbog zagađenja izvora pitke vode do kojih je došlo pri akcidentnim situacijama. Oksigenati zbog rastvorljivosti lako migriraju sa podzemnim vodama i zagadili su izvore pitke vode u nekoliko država SAD.

SADRŽAJ OLEFINA

Olefini su nezasićeni ugljovodonici (HK) i u mnogo primera, zbog relativno visoke oktanske vrednosti, dobre su komponente za MB. Benzin dobijen katalitičkim kre-kovanjem (FCC) je tipičan primer olefinske komponente MB. Međutim olefini u benzinu mogu dovesti do stvaranja taloga i povećane emisije reaktivnih HC (onih koji generišu ozon) i toksičnih jedinjenja kao što su dieni. Olefini su termički nestabilni i mogu dovesti do stvaranja smola i taloga. Uticaj olefina na potencijal generisanja ozona jasno je pokazan u SAD kroz Auto / oil program, kada je dokazano da smanjenje ukupnih olefina sa 20 na 5% značajno smanjuje potencijal generisanja ozona.

SADRŽAJ AROMATA

Aromati su jedinjenja koja sadrže najmanje jedan benzenski prsten i predstavljaju dobre oktanske komponente benzina i komponente goriva visoke energetske vrednosti. Sadržaj aromata u gorivu može povećati talog koksa u motoru (komori za sagorevanje) i povećati emisiju izduvnih gasova uključujući i ugljen dioksid (CO2). Sagorevanje aromata u motorima može da dovede do stvaranja većih koncentracija kancerogenog benzena u izduvnom gasu. Tako na pr. smanjenjem ukupnih aromata sa 45 na 20% dovodi do smanjenja ukupnih štetnih emisija od 24% (74% od ukupne toksične emisije je bio benzen).

9

SADRŽAJ BENZENA

Benzen se prirodno javlja kao sastavni deo nafte i takođe kao proizvod postrojenja katalitičkog reformiranja benzina na kome se proizvode visokooktanske ben-zinske komponente. Takođe je poznat kao kancerogena materija. Kontrola nivoa benzena u benzinu, koja je regulisana propisima u mnogim zemljama, najdirektniji je način dase ograniče emisije benzena preko isparavanja ili izduvne emisije automobila.

SADRŽAJ OLOVNIH ADITIVA

Aditivi na bazi olovnih alkila (TEO, TMO) korišćeni su ili se još uvek koriste u nekim zemljama kao jeftin na-čin za povećanje oktanskog broja benzina. Niskoolovni benzini sa sadržajem olova do 0,05 g / L prihvaćeni su na tržištu olovnih benzina. Tako je, još uvek, obezbeđena adekvatna zaštita motora starijih vozila, sa mekim sedištima ventila. Bezolovni benzini su potrebni radi podrške tehnologijama za kontrolu emisije kao što su katalitički konvertori i senzori kiseonika. Kako se efikasnost katalizatora u katalitičkim konverterima uvećava, tolerancija na zagađenje olovom se smanjuje, tako da čak i neznatna kontaminacija katalizatora sa olovom može da uništi moderan konvertorski sistem obrade izduvnih gasova.

3.2 Uticaj osobina dizel goriva na performanse i emisiju motora

Pre nego što je emisija bila propisana, dizel gorivo je moralo da zadovolji neke jednostavne zahteve. Gorivo je moralo da bude pogodno za rukovanje od rafinerije do rezervoara u vozilu, zatim da bude pogodno za korišćenje u sistemu za ubrizgavanje, da se pali spontano i dobro (zadovoljavajuće) sagoreva u motoru. Takođe, ne bi trebalo da se sa vremenom degradira ili da ošteti površine sa kojima je u dodiru. Neke sadašnje osobine dizela kao što su: viskoznost, tečenje na niskim temperaturama i temperatura paljenja su kontrolisane da bi se obezbedila zadovoljavajuća performansa motora. Druge osobine goriva kao što su: cetanski broj (CB), sadržaj aromata, gustina, sadržaj sumpora (S) i ASTM destilacija utiču i na emisiju i na performanse motora. [4]

CETANSKI BROJ GORIVA

Cetanski broj (CB) je merilo kvaliteta dizel goriva i rezultat je moto testa koji meri kašnjenje paljenja goriva, odnosno vreme od ubrizgavanja do paljenja ili samoupaljenja goriva. Na vreme kašnjenja paljenja utiču mnoge od fizičkih osobina goriva: viskoznost, gustina i opseg ključanja i njegov hemijski sastav. Cetanski broj se određuje upoređenjem kašnjenja paljenja dizel goriva sa smešom referentnog goriva. Visok CB je pokazatelj (indikacija) da gorivo ima kraće kašnjenje paljenja. Povećanjem CB, na primer, sa 51 na 61, namešavanjem dizelskih komponerrti sa visokim CB ili dodavanjem aditiva, uočeno je smanjenje emisije HOk (pri malom opterećenju motora), smanjenje emisije CO, kao i smanjenje emisije nesagorelih ugljovodonika. Čestice emitovane iz dizel motorasadrže između ostalog: ugljenisanu garež (čađ), nesagorele ugljovodonike koji se definišu terminom

10

rastvorljive organske frakcije (SOF) i sulfate nastale oksidacijom SO2.Merenje CB korišćenjem ispitnog motora je skupo i zahteva dosta vremena. Kao rezultat, koristi se cetanski indeks (Cl) kao alternativna specifikacija u nekim zemljama. Cl je procena stvarnog CB goriva uz korišćenje različitih karakteristika goriva kao što su: gustina goriva na 15 ° C i temperatura pri kojoj predestiliše 50% goriva (ASTM), ili gustina goriva na 15 ° C i njegova anilinska tačka. Postoje brojne korelacije za određivanje CBSV pomoću vrednosti za Kl. Cetanski broj je veći za nekoliko jedinica od cetanskog indeksa. Standardne korelacije ne važe kod ispitivanja čistih ugljovodonika (HC), sintetskog goriva i dizel goriva kojima su dodati aditivi radi poboljšanja cetanskog broja (CB).

SADRŽAJ AROMATA

Sadržaj aromata u dizel gorivu se odnosi na aromatska jedinjenja koja u svom molekulu sadrže jedan ili više benzenskih prstena (poliaromatski ugljovodonici, PAH). Najnovija proučavanja su pokazala da smanjenje aromata dovodi do smanjenja svih regulisanih emisija, dok druga ukazuju da smanjenje emisije nesagorelih HC NOk i čestica čađi (PM) može da se ostvari samo smanjenjem udela PAH u dizel gorivu. Kod malog opterećenja motora, veći deo PAH iz dizel goriva može se naći u rastvorivim organskim frakcijama (SOF).

GUSTINA

Ako gorivo ima manju gustinu potrebno je duže vreme ubrizgavanja da se dobije ista masa goriva u cilindru. Duže vreme ubrizgavanja dovodi do nižih temperatura pri sagorevanju goriva i manjeg stvaranja NOx. Kod većeg opterećenja i većih brzina motora, period dužeg ubrizgavanja uzrokuje nepotpuno sagorevanje, tj. veću emisiju nesagorelih ugljovodonika i ugljen monoksida.

SUMPOR

Sumpor u dizel gorivu sagoreva dajući sumpor dioksid (SO2). Deo SO2 dalje oksidiše u sulfate, koji se vežu sa vodom stvarajući jedan deo čestičnih materija. Kada se koristi odgovarajući katalizator, radi smanjenja emisije HC CO i PM, SO2 može da se oksidiše do sulfata. To može dovesti do značajnog povećanja emisije PM zbog smanjenja efikasnosti katalizatora. Niskosumporni dizel je neophodan za efikasan rad savremenih uređaja i postupaka post-tretmana izduvnih gasova iz dizel motora kao što su: selektivna katalitička redukcija, katalitička oksidacija, plazma prigušivači, NOx, redukcija.

ASTM DESTILACIJA

Opseg destilacije dizel goriva ima značajan uticaj na učinak motora, naročito u motorima sa umerenim i visokim brzinama. Ako je gorivo previše isparljivo motor gubi snagu i efikasnost zbog parnog "džepa" u sistemu goriva ili zbog loše penetracije kapi u cilindar. S druge strane, ako je isparljivost mala, motor gubi snagu i efikasnost kao rezultat lošeg

11

atomiziranja goriva. Značajna su oba opsega destilacije: početni (T10) i završni (T90). Ako je 10% temperatura destilacije suviše visoka motor teško startuje, a ako je 90% temperatura suviše visoka povećava se emisija nesagorelih ugljovodonika.

4. POJAM I VRSTE ALTERNATIVNIH GORIVA

Naftna tečna goriva su toliko ušla u svakodnevnicu da se sva ostala goriva nazivaju alternativnim. Bez obzira na prednosti tečnih naftnih goriva, zbog ograničenih rezervi nafte, razmišlja se i intenzivno radi na nalaženju alternativnih goriva koja će biti zamena naftnim derivatima.

Po agregatnom stanju alternativna goriva mogu biti: tečna, čvrsta i gasovita. [2]

Sadašnji vozni park je projektovan za tečna goriva Gasna su najbliža primeni u motorima SUS, jer se sagorevanje obavlja u gasnoj fazi, čvrsta se samo pominju. Ima nekih eksperimenata sa ugljenom prašinom, ali to su samo laboratorijski pokušaji.

4.1 Gasovita ( gasna ) alternativna goriva

Gasovita goriva su sastavljena od ekstra lakih derivata nafte, sa daleko najvećim udelom metana u sebi i nešto manje drugih lakih ugljovodonika. Ova goriva se dobijaju ili direktno iz zemlje ( zemni ili prirodni gas) ili se dobijaju industrijskom preradom nafte. Kada se govori o gasovima, kao gorivima, mora se znati da se radi o smešama raznih ugljovodonika.

Gasna goriva mogu biti: Prirodna i Veštačka.

Prirodno gasno gorivo je zemni gas, koji je redovni pratilac nalazištima nafte. Glavni sastojak mu je metan CH4.

Veštačka gasna goriva su: svetleći gas (dobija se suvom destilacijom čvrstih goriva) i gasogeneratorski gas ( dobijen gazifikacijom čvrstih goriva), to je postupak u gasogeneratorima gde se redukcijom na visokoj temperaturi dobijaju gasne komponente CO i H2, koje predstavljaju sagorive komponente.

12

Gasna goriva imaju sledeće prednosti (u odnosu na tečna):

Dobro i lako obrazovanje smeše, jer se lako mešaju sa vazduhom, Sagorevaju bez ostatka i taloga na klipu i ventilima, Omogućuju ujednačenu distribuciju smeše kod višecilindričnih motora, Omogućuju brzo i lako startovanje i pri niskim temperaturama, Pravilno sagorevaju u motoru pri niskim temperaturama, Imaju povoljan sastav izduvnih gasova, sagorevaju bez dima i čađi, Ne razređuju ulje svojim kondenzatom i Imaju dobru otpornost prema detonatnom sagorevanju (važi za oto motore), pa mogu

raditi i sa višim stepenima kompresije.

Zbog nepogodnog transporta odnosno distribucije gasna goriva imaju ograničenje u upotrebi i to im je najveća mana. Gasovita goriva su vrlo pogodna za primenu u motorima SUS. Kao alternativna goriva za motore SUS postoje sledeća gasna goriva:

tečni naftni gas, tečni prirodni gas, komprimovani prirodni gas i vodonik.

4.1.1 Tečni naftni gas (TNG)

Tokom destilacije nafte dolazi do izdvajanja pojedinih ugljovodonika (ChHm) različite strukture i različitog odnosa ugljenika i vodonika, počev od najlakših frakcija (sa jedan do dva atoma ugljenika C u molekulu ugljovodonika - kao što su metan CH4 i etan C2H6), preko srednjih (kao što su heptan C7H16 C8H18 i oktan) i teških frakcija (kao što je cetan C16H32), do najtežih (kao što su ugljovodonici koji čine mazut). Ugljovodonici između lakih i srednjih frakcija (kao što su propan C3H8 i butan C4H10), na atmosferskom pritisku i normalnoj temperaturi od oko 20 ° C, nalaze se u gasovitom stanju, ali pri nešto nižoj temperaturi ili pri nešto višem pritisku u rezervoaru ostaju u tečnom stanju. Mešavine tih frakcija čine tzv. tečne naftne gasove. [3]

Naziv "tečni naftni gas" ili na engleskom "Liquefied Petroleum Gas" (LPG), koristi se za komercijalnu mešavinu propana i butana u različitim odnosima, pa se pored toga često naziva i propan-butan gas. Pored ovih zasićenih ugljovodonika (tzv. parafina) u mešavini koja čini tečni naftni gas nalaze se i primese drugih ugljovodonika, pre svega nezasićeni ugljovodonici (tzv. olefini) propilen C3H6 i butilen C4H8, kao i izomeri ovih ugljovodonika. Tečni naftni gas dobijen izdvajanjem iz prirodnog gasa uglavnom poseduje ugljovodonike parafinskog tipa, dok TNG dobijen preradom nafte ima i nezasićene ugljovodonike.

13

Tačan sastav komercijalnog TNG zavisi ne samo od načina dobijanja, već i od željenih karakteristika mešavine, odnosno temperaturnih uslova eksploatacije motora.

Slika 3. Oktanski broj TNG [2]

Tečni naftni gas je bezbojan, veoma zapaljiv i eksplozivan gas, karakterističnog mirisa. Smeša propana i butana je gotovo dva puta teža od vazduha. Spada u grupu običnih zagušljivaca, jer svojim prisa unutrašnjim sagorevanjemtvom istiskuje kiseonik. Nije otrovan, ali u većim koncentracijama u vazduhu deluje kao anestetik i čak može da prouzrokuje gušenje usled nedostatka kiseonika.

Posebno treba biti oprezan da TNG ne dođe u dodir sa kožom, jer će, usled intenzivnog isparavanja na koži, lokalno prouzrokovati promrzline. Vrlo je agresivan, tako da izaziva degradacije gume i plastike. Zato se pri formiranju gasne instalacije mora voditi računa o izboru materijala. Sa vazduhom stvara eksplozivne smeše koje se lako mogu zapaliti u prisa unutrašnjim sagorevanjemtvu otvorenog plamena. Granice eksplozivnosti u zapreminskim procentima gasa sa vazduhom za propan iznose od 2,1 do 9,5 a za butan od 1,9 do 8,5. Donja granica eksplozivnosti za smešu propan-butan (35:65) iznosi 2%, 9% a gornja relativnog zapreminskog prostora. [3]

Tečni naftni gas burno sagoreva, oslobađajući ugljen-dioksid i vodenu paru, pri čemu se oslobađa i velika količina toplote. Najviša temperatura plamena sagorevanja smeše propana i butana sa vazduhom je oko 1900 ° C. Jedna od glavnih karakteristika butana i propana je pritisak pare koja je u ravnoteži sa tečnošću u zatvorenom prostoru, npr. pritisak pare butana je 0,005 bara na 0 ° C i 0,8 bara na 15 ° C, dok je pritisak pare propana 4 bara i 5-6 bara, respektivno. Druga veoma bitna karakteristika po kojoj se ova dva gasa razlikuju je tačka ključanja, tj. temperature na kojoj iz tečnog stanja, butan i propan prelaze u gasovito. Propan prelazi u tečno agregatno stanje na - 43 ° C, dok butan prelazi u tečno agregatno stanje na 0 ° C.

Veoma značajna prednost TNG - a u odnosu na klasična goriva je i činjenica da izduvna emisija ( produkti sagorevanja ) TNG - a znatno manje degradiraju životnu okolinu. Znatno je jeftiniji od benzina i produžava radni vek motora , jer ne stvara koroziju. Takođe, ne stvara kondenzaciju goriva po zidovima cilindra.

14

4.1.2 Prirodni ( zemni ) gas

Zemni gas je redovno prisutan u nalazištima nafte bilo kao izdvojen, bilo kao rastvoren u nafti. Glavni sastojak prirodnog gasa je metan CH4, a pored njega, u manjim količinama se nalaze negorivi gasovi (ugljen dioksid (CO2), azot (N2), i kiseonik (O2). U prirodnom gasu, koji se nalazi uz ležišta nafte, nalaze se i etan (C2H6), propan (C3H8) i butan(C4H10), a u manjoj meri i ostali ugljovodonici.

Prirodni gas je uvek u gasovitom stanju, tako da se pri skladištenju mora sabijati pod vrlo visokim pritiskom, oko 200 bar, (komprimovani prirodni gas - KPG), što znači da rezervoari i instalacija moraju imati posebnu konstrukciju. Zato takvi rezervoari i instalacije još uvek nisu pogodni za ugradnju u motorna vozila, mada se u svetu, pa i kod nas, uveliko eksperimentiše sa pogonom motornih vozila na prirodni gas. [2]

Sa ekološkog aspekta, prirodni gas daje znatno manju emisiju štetnih materija što ga čini veoma pogodnim. Mnogobrojnim ispitivanjima širom sveta utvrđeno je da se može smanjiti emisija:- ugljovodnika za više od 93 %,- ugljen dioksida za više od 30 %,- azotnih oksida za više od 60 % i- ugljen monoksida za više od 65 %.

Ukupno smanjenje emisije zavisi od primenjene metode i kvaliteta kao i prilagođavanja vozila korišćenju prirodnog gasa kao motornog goriva.

Slika 4. Uticaj KPG na emisiju izduvnih gasova iz vozila [2]

15

4.1.3 Vodonik

Vodonik će u budućnosti sigurno igrati važnu ulogu kao motorno gorivo, jer može da se proizvodi u praktično neograničenim količinama iz obnovljivih izvora. Sa druge strane on je prvorazredno ekološko gorivo, jer su produkti njegovog sagorevanja izuzetno čisti (elektromobili su tzv. ZEV – Zero Emmision Vehicles, odnosno vozila sa nultom emisijom). Pored toga, vodonik raspolaže najvišim sadržajem energije po jedinici mase. [2]

Trenutno su u fazi razvoja vozila koja koriste motore sa unutrašnjim sagorevanjem i električni automobili, koji pogone gorive ćelije. Glavnu prepreku masovnijoj upotrebi vodonika predstavlja njegov relativno nizak sadržaj energije po jedinici zapremine i nestabilnost na sobnoj temperaturi. Ovo predstavlja veliki problem njegovog transporta i skladištenja.

4.2 Tečna alternativna goriva

Kao najperspektivnija alternativna tečna goriva smatraju se goriva na bazi alkohola. Alkoholi se mogu koristiti kao čista alkoholna goriva ili kao mešavine sa tečnim naftnim gorivima u različitim procentima. Alkoholi se dobijaju od materija biljnog porekla i mogu se proizvesti iz obnovljivih izvora energije, često se nazivaju i bio gorivima. Biogoriva predstavljaju goriva koja imaju pozitivne efekte na zaštitu životne sredine, odnosno na smanjenje emisije CO2.

Alkoholna goriva imaju sledeće dobre osobine: lako obrazuju smešu sa vazduhom, imaju dobru toplotnu moć i brzinu sagorevanja, dobru otpornost na detonacije, pogodna su za distribuciju i manipulaciju i dr..

Zbog svojih osobina su jednostavna zamena za tečna naftna goriva. U odnosu na konvencionalna goriva, koja su po hemijskom sastavu uglavnom ugljovodonici, biogoriva imaju kiseonik u svom sastavu, pa se zato još nazivaju i oksigenovana goriva ili oksigenati. Ova goriva, generalno, imaju dobre karakteristike prilikom primene motorima SUS. Ukoliko se dodaju motornim benzinima povećavaju oktanski broj goriva. Najveća mana im je raslojavanje koja dolazi do izražaja prilikom mešanja sa gorivima fosilnog porekla, koje je izraženije na niskim temperaturama. [2]

Najveće šanse za upotrebu kao tečna biogoriva imaju: metil i etil alkoholi.

16

Slika 5. Ciklus obnovljivosti izvora energije alkohola

4.2.1 Metanol

Metanol se može smatrati obnovljivim energentom, s obzirom da se može dobiti i iz biljaka, vrenjem skroba ili šećera, pored sintetičkog načina dobijanja iz uglja ili zemnog gasa.

Bez obzira na način dobijanja metanola, resursi iz kojih bi se dobijao, prema dosada raspoloživim podacima, su zadovoljavajući. Kao gorivo, po svojim pogonskim karakteristikama i energetskoj gustini (specifičnoj energiji) kWh/kg, slično je klasičnim tečnim gorivima, osim što je metanol otrovan za ljude. [5]

Sa aspekta tehničke mogućnosti smatra se da su sva pitanja već rešena, tim pre što i sada znatan broj vozila u nekim državama koristi ovo gorivo (npr. Brazil sa 60% vozila koja koriste metanol). Međutim, u našoj zemlji cena sirovina i proizvodnje metanola trenutno nisu konkurentni ceni klasičnih goriva.

Kao i kod ostalih goriva iz biljnih sirovina (biljna ulja), smatra se da njihova primena sa aspekta emisije CO2 povoljna, bolje rečeno neutralna na atmosferu, obzirom da je količina CO2 koja se emituje sagorevanjem istih jednaka količini koju biljke apsorbuju iz atmosfere radi ostvarenja fotosinteze. [5]

17

5. ZAKLJUČAK

Brzi razvoj motorizacije, sve stroži ekološki zahtevi, kao i činjenice da su rezerve fosilnih goriva ograničene, neminovno je doveo i do preispitivanja koja vrsta goriva za motorna vozila, pored dobro poznatog benzina i dizela, mogu zadovoljiti sve oštrije ekološke i bezbedonosne zahteve i tako omogućiti prihvatljiv dalji razvoj drumskog saobraćaja.

Ukupni tehnološki razvoj poslednjih decenija usmeren je, pored ostalog, na rešavanje dva krupna, globalna problema: zaštitu okoline i očuvanje prirodnih resursa. Ovo se u velikom stepenu odražava i na drumski saobraćaj, odnosno industriju motornih vozila. Ekologija se, međutim, ne odnosi samo na očuvanje okoline, već i na racionalno korišćenje energije.

Pod alternativnim gorivom se, u širem smislu, smatraju goriva koja su u stanju da zamene postojeća klasična goriva za pogon motornih vozila, kao što su motorni benzin i dizel gorivo. Pažnja se usmerava na različita alternativna goriva: propan-butan, u javnosti poznat kao tečni naftni gas (TNG), metanol, etanol, biogas, bio-dizel gorivo i metan, tj. prirodni gas. Kao rešenje za dalju budućnost posebno se istražuje i vodonik koji, gledano sa više aspekata, ima najbolje karakteristike.

.

18

6. LITERATURA

[1] Radovanović M., Goriva, Mašinski fakultet, Beograd, 1994

[2] Nestorović D., MOTORNA VOZILA II, Skripta sa predavanja, Visoka tehnička škola . strukovnih studija u Kragujevcu, Kragujevac, 2012

[3] Milovanović M., Spasojević S., Vučković V., Serijska proizvodnja vozila i TNG oprema, . . naučno stručni skup - Vozila sa pogonom na gas, Beograd, 2005

[4] Veinović S., Pešić R., Petković S., Pogonski materijali motornih vozila, Mašinski fakultet, . . Kragujevac, 2000 

[5] www.slideshare.net/masfaknis/alternativni-izvori-toplote-alternativna-goriva-motora-sus

19