Badanie wpływu domieszki bioetanolu w benzynie silnikowej na właściwości przeciwstukowe utworzonego paliwa

• Autorzy: Dybich Kornel , Łaczek Tomasz , Przybek Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.10.05

Warianty tytułu

EN

Testing the influence of bioethanol admixture in gasoline engine on the anti-knock properties of the fuel created

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rynek bioetanolu w UE nieodwołalnie wkroczył w nową erę biopaliw poprzez wdrożenie unijnej dyrektywy biopaliwowej RED III, czyli dyrektywy o odnawialnych źródłach energii. Większość rządów zdecydowała się na wprowadzenie obowiązkowego dodawania biokomponentów do paliw, kontynuując polityczne wsparcie dla odnawialnych źródeł energii. Przykładem może tu być wprowadzenie do sprzedaży w transporcie samochodowym benzyny E10, zawierającej 10% (V/V) bioetanolu. Bioetanol wykorzystywany jako paliwo do silników benzynowych może być stosowany poprzez bezpośrednie zmieszanie z benzyną lub przerobiony na eter etylowo-tert-butylowy (ETBE). Pierwsze rozwiązanie, bezpośrednie dodanie do benzyny pod postacią bezwodnego etanolu o 99-proc. zawartości czystego alkoholu, jest proste do zastosowania, gdyż silniki spalinowe ZI mogą działać bez potrzeby ich modyfikacji przy zawartości w paliwie do 10% (V/V) etanolu – większe domieszki wymagają przystosowania silnika. Natomiast ETBE powstający przez syntezę bioetanolu (49%) i izobutylenu (51%) miesza się z benzyną silnikową w ilości do 15% (V/V). W artykule przedstawiono wpływ bazowych benzyn silnikowych zawierających bioetanol na parametry eksploatacyjne utworzonego biopaliwa. Procentową zawartość bioetanolu w benzynie silnikowej ustalono w granicach 15–25% (V/V). Przed rozpoczęciem badań silnikowych wykonano kontrolę parametrów jakościowych bioetanolu zastosowanego do badań liczby oktanowej na zgodność z wymaganiami normy PN-EN 15376:2014-11, poprzez analizę fizykochemiczną przeprowadzoną w INiG – PIB. Wykonano oznaczenia liczb oktanowych badawczej (LOB) i motorowej (LOM) próbek benzyn silnikowych zawierających bioetanol w zakresie 15–25% (V/V) i porównawczo oznaczono próbkę o zawartości bioetanolu na poziomie 10% (V/V), czyli maksymalnym dopuszczalnym przez normę PN-EN 228+A1:2017-06. Następnie na podstawie wyników oznaczeń liczb oktanowych próbek benzyn silnikowych z zawartością 15%, 20% i 25% (V/V) bioetanolu, podjęto odpowiednie działania w zakresie wyposażenia i pracy stanowisk silnikowych CFR Dresser Waukesha (USA) służącego do oznaczania liczby oktanowej. W zależności od zawartości bioetanolu w benzynie bazowej zgodnej z wymaganiami normy PN-EN 228+A1:2017-06 zweryfikowano zakres powtarzalności oznaczanych liczb oktanowych według najnowszych wydań norm PN-EN ISO 5164:2014-08 (LOB) i PN-EN ISO 5163:2014-08 (LOM) oraz określenie źródła niepewności wynikającego z precyzji wyznaczonej liczby oktanowej i parametrów pracy silników badawczych CFR.

EN

The bioethanol market in the EU has irrevocably entered a new era of biofuels with the implementation of the EU Biofuel Directive RED III, which promotes renewable energy sources. Many governments have decided to introduce the mandatory blending of biocomponents into fuels, thereby providing policy support for renewable energy sources. One example is the introduction of E10 gasoline, which contains 10% (V/V) bioethanol, for road transport. Bioethanol, used as a fuel for gasoline engines, can be blended directly with gasoline or converted into ethyl tert-butyl ether (ETBE). The first solution, direct blending with gasoline in the form of anhydrous ethanol with 99% pure alcohol content, is a simple one, as SI combustion engines can operate without the need for modification with up to 10% (V/V) ethanol content in the fuel – higher blends require engine modifications. However, ETBE, which is produced by the synthesis of bioethanol (49%) and isobutylene (51%), can be blended with motor gasoline at up to 15% (V/V). The article presents the behavior of base motor gasoline containing bioethanol on the operational parameters of the biofuel produced. The percentage of bioethanol in motor gasoline was set at 15–25% (V/V). Before starting the engine tests, the quality parameters of the bioethanol used for octane number tests were checked for compliance with the requirements of the PN-EN 15376:2014-11 standard by means of a physicochemical analysis carried out at INiG – PIB. Test research octane numbers (RON) and motor octane numbers (MON) were determined for samples of motor gasoline containing bioethanol in the range of 15–25% (V/V) and, for a comparison, a sample with a bioethanol content of 10% (V/V), i.e. the maximum allowed by the PN-EN 228+A1:2017-06 standard. Then, based on the results of octane number determination of samples of motor gasoline containing 15, 20 and 25% (V/V) of bioethanol, appropriate measures were taken regarding the equipment and operation of the CFR Dresser Waukesha USA engine stations for the octane number determination. Depending on the content of bioethanol in the base gasoline according to the requirements of the PN-EN 228+A1:2017-06 standard, the repeatability range of the determined octane numbers was verified according to the latest editions of the PN-EN ISO 5163:2014-08 (MON) and PN-EN ISO 5164:2014-08 (RON) standards and the source of uncertainty resulting from the precision of the determined octane numbers and operating parameters of the CFR research engines was determined.

Słowa kluczowe

PL

etanol; bioetanol; benzyna silnikowa; liczba oktanowa; biopaliwa

EN

ethanol; bioethanol; motor gasoline; octane number; biofuels

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 10
• Strony: 633--645
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Dybich Kornel

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Łaczek Tomasz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Przybek Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Alimin A.J., Babalola O.K., 2023. A review on the performance of non-additive blended fuel (ethanol-gasoline) in spark ignition engines. IOP Conference Series. 6th International Conference on Clean Energy and Technology, 1281, 012002. DOI: 10.1088/1755-1315/1281/1/012002.
• Devi A., Bajar S., Sihag P., Sheikh Z.U.D., Singh A., Kaur J., Bishnoi N.R., Pant D., 2023. A panoramic view of technological landscape for bioethanol production from various generations of feedstocks. Bioengineered, 14(1): 81–112. DOI: 10.1080/21655979.2022.2095702.
• Dybich K., 2015. Wpływ zawartości i jakości bioetanolu w paliwach do silników ZI na oznaczenie liczby oktanowej. Nafta-Gaz, 71(7): 520–528.
• Europejski Komitet Normalizacyjny. https://pl.wikipedia.org/wiki/Europejski_Komitet_Normalizacyjny (dostęp: styczeń 2024).
• Horizon 2020. Proposed Project Horizon 2020 Programme. Dokument CEN nr N 1690 z dnia 2014-06-04.
• Pałuchowska M., Jakóbiec J., 2011. Specyfikacje jakościowe benzyny silnikowej E10. Nafta-Gaz, 67(11): 825–830.
• Stacje benzynowe. http://www.stacjebenzynowe.pl (dostęp: sierpień 2020).
• Szkolenie CE2. Walidacja i potwierdzenie metod badań chemicznych i mechanicznych oraz szacowanie niepewności. CE2 Centrum Edukacji. Materiały szkoleniowe CE2 dla INiG – PIB, Kraków 2013.
• Technologia Produkcji Rolniczej. https://technologia.kpodr.pl/index.php/2020/11/03/rosliny-energetyczne (dostęp: sierpień 2024).
• Waqas M., Naser N., Sarathy M., Morganti K., Al-Qurashi K., Bengt Johansson B., 2016. Blending Octane Number of Ethanol in HCCI, SI and CI Combustion Modes. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 9(3): 659–682. DOI: 10.4271/2016-01-2298.
• Warsztaty CEN. Business Plan for the CEN Workshop z dnia 2014-06-27. Mid-blend ethanol petrol (E20-E25) fuel – Requirements and test methods.
• WNP. http://www.wnp.pl (dostęp: sierpień 2023).
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• Norma PN-EN 228+A1:2017-06 Paliwa do pojazdów samochodowych – Benzyna bezołowiowa – Wymagania.
• Norma PN-EN 15376:2014-11 Paliwa do pojazdów samochodowych – Etanol jako komponent benzyny silnikowej – Wymagania i metody badań
• Obwieszczenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 21 czerwca 2023 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Gospodarki w sprawie wymagań jakościowych dla paliw ciekłych (Dz.U. z 2023 r. poz. 1314, wersja od 11 lipca 2023 r.).
• PN-EN ISO 5163:2014-08 Przetwory naftowe – Oznaczanie odporności benzyny samochodowej i benzyny lotniczej na spalanie stukowe – Metoda motorowa.
• PN-EN ISO 5164:2014-08 Przetwory naftowe – Oznaczanie odporności benzyny samochodowej na spalanie stukowe – Metoda badawcza.