Groene diesel voor onderweg

Dieselmotoren overtreffen benzinemotoren ver als het gaat om mijlen per gallon voor vrachtvervoerende zware vrachtwagens. En dankzij technologische vooruitgang stoten de huidige dieselmotoren veel minder vervuilende stoffen uit, waaronder roet en stikstofoxiden (NO_x), dan vroeger.

Omdat zware vrachtwagens moeilijker te elektrificeren zijn dan personenauto’s, zal een verdere vermindering van de uitstoot – inclusief broeikasgassen (BKG’s) – van dieselmotoren de luchtkwaliteit en de koolstofintensiteit van middelzwaar en zwaar transport helpen verbeteren.

Een nieuw rapport van het Co-Optima-initiatief van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) identificeert de top 13 dieselbrandstofmengsels uit biomassabronnen die de schadelijke uitstoot van middelzware tot zware dieselvoertuigen zouden kunnen verminderen. De top 13 blendstocks omvatten koolwaterstoffen, esters en ethers die het potentieel hebben om de uitstoot van broeikasgassen met ten minste 60% te verminderen en die tegen concurrerende kosten worden geproduceerd.

De blendstocks zouden het emissiebeheersingssysteem ook eenvoudiger en goedkoper in het gebruik kunnen maken. Samen kunnen de verbeteringen zich vertalen in lagere kosten voor de industrie en de consument.

“Een lagere uitstoot van de motor kan goedkoper zijn om te gebruiken en mogelijk een beetje efficiënter, en het gebruik van blendstocks gemaakt van biomassa en afval betekent lagere BKG-emissies van bron tot wielen”, zegt Dan Gaspar, een bio-energieonderzoeker bij Pacific Northwest National Laboratory ( PNNL) en hoofdauteur van het rapport.

Co-Optima staat voor Co-Optimization of Fuels & Engines en is een samenwerking tussen meerdere nationale DOE-laboratoria, universiteiten en de industrie om de ontwikkeling van betaalbare, schaalbare en duurzame biobrandstoffen te versnellen, samen met zeer efficiënte, emissiearme voertuigmotoren. Het werk wordt gesponsord door DOE’s Vehicle Technologies Office en Bioenergy Technologies Office.

De alternatieven analyseren

Gaspar, die het Co-Optima-initiatief leidt, coördineerde de ontwikkeling van het rapport en voegde bijdragen samen van meer dan drie dozijn onderzoekers van negen nationale laboratoria, waaronder PNNL. Het team richtte zich op blendstocks om de werking bij koud weer te verbeteren, goede verbrandingsprestaties te garanderen, de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en roet te verminderen.

Roet en NO_x zijn twee criteria voor emissies die worden gereguleerd door de US Environmental Protection Agency. Naast kleine aanpassingen aan de motorwerking, kan het verminderen van de roetproductie in de motor ook de productie van NO . verminderen_x.

Om hun top 13 blendstocks te bepalen, voerden de onderzoekers eerst modellering, kleinschalige experimenten en eencilindertests uit om streefwaarden vast te stellen van de belangrijkste brandstofeigenschappen voor het verminderen van de roetproductie en het verbeteren van de werking van de motor. Deze eigenschappen omvatten het cetaangetal – een maat voor hoe snel brandstof ontbrandt; de neiging tot het genereren van roet gerelateerd aan criteria-emissies; operaties bij koud weer – een belangrijke beperking van de huidige biodieselmengsels; en energiedichtheid – meer energie per gallon betekent dat er minder volume nodig is.

Onderzoekers gebruikten vervolgens computationele en experimentele methoden om duizenden blendstocks te screenen op de doelwaarden om te bepalen welke van hen het grootste potentieel had om de prestaties te verbeteren en de emissies te verminderen. Evaluatie van het potentieel van verschillende klassen van moleculen om roet en NO . te verminderen_x, voerde het team tests uit in eencilindermotoren, waaronder conventionele en een nieuw type motor genaamd kanaalvormige brandstofinjectie. Vervolgens voerde het team techno-economische en levenscyclusanalyses uit op de meest veelbelovende kandidaten om hun marktpotentieel, schaalbaarheid en duurzaamheid te evalueren.

De resultaten bieden een solide wetenschappelijke basis voor het verkennen van grootschalige productie van de meest veelbelovende blendstocks voor testen in meercilindermotoren.