BIOETANOOL OTTOMOOTORI KÜTUSENA - …

1 BIOETANOOL OTTOMOOTORI K TUSENA J. Olt, V. Mikita, T. S ro, A. K t, R. Tamm, E. Raidla, R. Ilves, K. Ritslaid, V. Raudsepp, U. Viitkar Eesti Maa likool, Eesti Lennuakadeemia ABSTRACT. Bioethanol as a Fuel in Spark-ignition Engine. Due to the limited oil resources and growing environmental pollution mainly, using bioethanol as an alternative fuel in spark-ignition engines is becoming more and more topical. Insufficient information about the power and economy characteristics of biofuel or biofuel additive engines has given an impact to test these qualities. In the present research it has been studied how bioethanol as engine fuel and fuel additive influences a spark-ignition engine power, torque, fuel consumption and composition of exhaust gas.

2 The main results of the study have been outlined in the article. Keywords: biofuels, bioethanol, spark-ignition engine, power, torque, specific fuel consumption Sissejuhatus Etanooli on kasutatud OTTOMOOTORI k tusena juba auto-ehituse algusaegadest. Esimeseks kommertss idukiks, mille k tuseks v is kasutada kas bensiini, petrooleumi v i etanooli, oli teatavasti 1908. aastal ehitatud auto Ford T. Bensiini hinna langus ning alkoholi tarbimise piiramine Ameerika hendriikides 1919. aastal muutsid etanooli kasutamise mootorik tusena ebaotstarbekaks (Biomassi, 2008; Ford, 2009). Etanooli on v ikeste kogustena kasutatud hiljem ben-siini lisandina (5 10%) k tuseturust s ltuvuse v henda-miseks ja bensiini detonatsioonikindluse suurendamiseks. 1970.

3 Aastate energiakriis andis olulise t uke alter-natiivk tuste otsingule ja kasutuselev tule. Brasiilias v eti valitsuse toel 1970. aastatel ulatuslikult kasutusele suhkruroost toodetud odava etanooli ja bensiini segu gasohol (10% etanooli ja 90% bensiini). Praeguseks on Brasiilias etanooli sisaldust etanoolilisandiga k tustes suurendatud kuni 25%-ni. le 10%-lise etanoolisisaldu-sega k tuse kasutamisel on mootoriehitajad pidanud kohandama s idukite mootorid etanooli sisaldavale k -tusele (Common, 2009). Brasiilias on 1970. aastate l -pust alates kasutatud mootorik tusena ka puhast etanooli selleks projekteeritud mootoriga s idukitel. Tehniliselt k rgtasemel v ljaarendatud sisep lemis-mootorid ja mootorik tuste limalt efektiivne tootmine naftast on kaasa aidanud maailma motoriseerumisele.

4 Seet ttu on kasvanud n udlus mootorik tuste j rele ja keskkonna saastatus. Kui siia lisada naftavarude piiratus ja k tuste hinnat us, siis on mootorik tustega seotud piisavalt palju probleeme, mis k ik on sundinud otsima alternatiivk tuseid. Taastoodetava tooraine t ttu on k ige lootustandva-mateks alternatiivseteks mootorik tusteks osutunud biok tused. Biok tustel on lisaks taastoodetavale toor-ainele teisigi positiivseid k lgi v rreldes naftast toode-tud k tustega. Kuna taimed tarvitavad s sihappegaasi, tekib biok tuste tootmise ja tarbimise ts klis s sihappe-gaasi ringlus, mis v hendab atmosf ri paisatava s si-happegaasi hulka. Biok tused on v vlivabad. Bio-k tuste kasutamisel on mootorite heitgaasid puhtamad ja v heneb keskkonna saastamine heitgaaside m rgiste komponentidega (CO, HC ja NOx).

5 K ige levinum biok tus BIOETANOOL moodustab le 90% kasutatavatest vedelatest biok tustest (Bio-massi, 2008). Suurimad bioetanooli tootjad on Brasiilia ja Ameerika hendriigid. Euroopas hakati biok tustele suuremat t helepanu p rama 2001. aastast alates. Kuni selle ajani oli nafta hind olnud suhteliselt stabiilne. Bio-k tuste tootmine on ldiselt energiamahukas. Seet ttu on biok tuste hind k rgem traditsiooniliste, naftast too-detud mootorik tuste hinnast. Esialgu pole biok tused konkurentsiv imelised ilma riikliku toetuseta (maksu-soodustusteta). Siiski kasutatakse biok tust kogu maa-ilmas aina rohkem. V tmes nad: biok tus, etanool, ottomootor, v imsus, p rdemoment, k tuse erikulu Uurimismaterjal Kuna etanooli on v hem v i rohkem kasutatud mootori-k tusena juba pikka aega, siis on omandatud kogemusi etanooli kui mootorik tuse kohta.

6 Etanoolist on ldiselt teada, et see on k rge oktaaniarvuga ja suure detonat-sioonikindlusega k tus (tabel 1). Bioetanooli bensiinist suurem oktaaniarv v imaldab t sta mootori surveastet, mis parandab mootori v imsuslikke ja konoomsuslikke omadusi. Etanooli k ttev rtus on vaid 69% bensiini k tte-v rtusest. Madalama k ttev rtuse t ttu on etanooli kasutamisel k tusekulu suurem kui bensiini puhul. Etanoolis sisalduv hapnik, etanooli v iksem energia-sisaldus ja suurem k tusetarve p hjustavad v rreldes bensiiniga etanooli madalama p lemistemperatuuri mootori silindris. Et etanool sisaldab ka hapnikku, siis toimub p lemine t ielikumalt ning v heneb CO, HC ja NOx emissioon. 27 Tabel 1. Bioetanooli ja bensiini olulisemad omadused (Biomassi, 2008) Table 1.

7 The most important characteristics of bioethanol and petrool (Biomassi, 2008) K tuse omadus Bensiin BIOETANOOL Molekulkaal, kg kmol 1 Tihedus, 15 C, kg dm 3 Hapnikusisaldus, massi % K ttev rtus, MJ kg 1 Aurumissoojus, kJ kg 1 Oktaaniarv (RON) Oktaaniarv (MON) St hhiomeetriline hu ja k tuse suhe (m hk m 1k tus), kg 111 0,75 41,3 180 97 86 14,7 46 0,80 0,82 34,8 26,4 930 120 102 9,0 Etanool p hjustab korrosiooni ja lagundab kummi- ja plastdetaile. Suure etanoolisisaldusega k tuste korral tuleb mootoriehitusel kasutada korrosioonikindlaid materjale (roostevaba teras) ning suure floorisisaldusega plastikuid. Kuna etanooli on bensiinist enam kui viis korda suu-rem aurustumissoojus, v ib tekkida raskusi mootori k ivitamisel, eriti jaheda ilmaga.

8 V ikese etanoolisisaldusega etanooli ja bensiini segu (5 10% etanooli) saab kasutada tavalises ottomootoris ilma mootorit mber seadistamata. Suurem etanoolisi-saldus k tuses ( le 10% etanooli) n uab mootori ko-handamist, suure etanoolisisaldusega k tust ( le 25% etanooli) saab kasutada vaid selle k tuse tarvis spet-siaalselt konstrueeritud mootoris. Enamus autotootjaid lubab kasutada kuni 10% etanoolisisaldusega k tuseid tavaautodel ilma mootoreid mberseadistamata. Niinimetatud paindliku k tusekasutusega autodel (flexible-fuel vehicle) v ib kasutada nii bensiini, eta-nooli kui nende segusid. Paindliku k tusekasutusega autosid kasutatakse k ige enam USA-s, Brasiilias ja Rootsis. T nap evaks on paindliku k tusekasutusega autosid kasutusel juba le 6 miljoni.

9 Kui etanoolisisaldus bensiinis on 5% v i enam, siis t -histatakse k tus t hega E, mille j rel olev arv osutab eta-nooli sisaldust k tuses mahuprotsentides (Common, 2009). K tused E5 ja E10 leiavad laialdast kasutamist Ameerika hendriikides. K tused E20 ja E25 on levinud Brasiilias alates 1970. aastatest. K tused E20 ja E25 n uavad mootori seadistamist etanooli sisaldava k tuse jaoks. K tustele E20 ja E25 kohandatud automootorid ei pruugi t tada korralikult madala etanoolisisaldusega k tuse v i puhta bensiini kasutamisel. Bensiin ning k tused E5 v i E10 v ivad p hjustada neil detonatsiooni. K tus E85 on kasutusel k ige enam USA-s ja Root-sis. K tust E85 kasutatakse paindliku k tusekasutusega autodel (flexible-fuel vehicle) tavak tusena.

10 K tused E70 ja E75 on paindliku k tusekasutusega autode talvi-sed k tused. K tust E70 kasutatakse USA-s k lmades piirkondades ja k tust E75 Rootsis k lmal aastaajal k lmk ivituse probleemide v ltimiseks paindliku k tu-sekasutusega autodel. K tus E100 (ei sisalda bensiini, vahel t histatakse ka E95) on kasutusel Brasiilias seitsmek mnendate aastate l pust alates etanoolimootoriga s idukitel ning viimasel ajal paindliku k tusekasutusega s idukitel. Praeguseks on kasutusel v ga erineva etanoolisisaldu-sega biok tused. Kuna ei ole piisavalt informatsiooni selle kohta, kuidas m jutavad erineva etanoolisisaldusega k tu-sed t nap evase mootori v imekust (mootori poolt aren-datavat v imsust ja p rdemomenti), mootori konoom-sust (mootori k tusekulu, k tuse erikulu) ning heitgaaside puhtust, v i on informatsioon kohati vastur kiv, siis oli k esolevas t s seatud eesm rgiks uurida katseliselt ja v rrelda mootori nimetatud omadusi erineva etanoolisisal-dusega k tuste ja bensiini kasutamisel.