Characterization of biomass PM emissions using thermophoretic sampling: Composition and morphological description of the carbonaceous residues

In this paper, a complete characterization of particulate matter (PM) emitted by a low-scale biomass combustor was performed. Samples were collected in three different zones of the installation (in-flame, boiler outlet and chimney outlet) using the thermophoretic sampling (TPS) method, and the different particle structures present in the biomass were studied from a chemical and a morphological point of view. Five types of particles were found: soot agglomerates, organic films, organic particles with imbibed fibrous structures, condensed tars and condensed inorganic salts. Transmission electron microscopy (TEM) was used for shape description, and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) was used for determining elementary composition. Specifically, soot agglomerates were submitted to a deeper characterization in terms of fractal descriptors, obtaining values for primary particle diameter, dpo, of 21.7 ± 8.4 nm, 21.4 ± 6.6 nm and 26.0 ± 5.9 nm for the three sampled zones, as well as values for fractal dimension, Df, between 1.40 and 2.60 and fractal prefactor, kf, between 2.20 and 2.40. The results were in agreement with other soot formation sources and showed an increasing tendency to cluster growth and compaction with the residence time inside the facility, being higher as they went further from the combustion zone. Fractal descriptors were not fairly influenced by the applied thermal treatment.Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. ENE2015-67439-

Blends of babassu, palm kernal and coconut mame with fossil kerosene: low carbon number methyl esters as a possible source for renewable jet fuel

Three different oils: babassu, coconut and palm kernel have been transesterified with methanol. The fatty acid methyl esters (FAME) have been subjected to vacuum fractional distillation, and the low boiling point fractions have been blended with fossil kerosene at three different proportions: 5, 10 and 20% vol

Biokerosene from coconut, babassu, camelina and palm kernel oils: production and properties of their blends with fossil kerosene

On December 20th 2006 the European Commission approved a law proposal to include the civil aviation sector in the European market of carbon dioxide emission rights [European Union Emissions Trading System, EUETS). On July 8th 2009, the European Parliament and Conseil agreed that all flights leaving or landing in the EU airports starting from January 1st 2012 should be included in the EUETS. On November 19th 2008, the EU Directive 2008/101/CE [1] included the civil aviation activities in the EUETS, and this directive was transposed by the Spanish law 13/2010 of July 5th 2010 [2]. Thus, in 2012 the aviation sector should reduce their emissions to 97 % of the mean values registered in the period 2004-2006, and for 2013 these emission reductions should reach 95 % of the mean values for that same period. Trying to face this situation, the aviation companies are planning seriously the use of alternative jet fuels to reduce their greenhouse gas emissions and to lower their costs. However, some US airlines have issued a lawsuit before the European Court of Justice based in that this EU action violates a long standing worldwide aviation treaty, the Chicago convention of 1944, and also the Chinese aviation companies have rejected to pay any EU carbon dioxide tax [3]. Moreover, the USA Departments of Agriculture and Energy and the Navy will invest a total of up to $150 million over three years to spur production of aviation and marine biofuels for commercial and military applications [4]. However, the jet fuels should fulfill a set of extraordinarily sensitive properties to guarantee the safety of planes and passengers during all the flights

Emissions from a Euro 6 engine using polyoxymethylene dimethyl ethers: Chemical effects vs mapping strategy

New fuel technologies, such as electrofuels, are an attractive alternative to meet the energy demand and emission regulations, with sustainable electricity being the primary source of energy. Recently, there is increasing interest in using polyoxymethylene dimethyl ether (OME) as a diesel substitute. This study investigated the effect of a diesel fuel blend with 20% of OME (OME20) with 3–5 oxymethylene groups, on the performance, combustion characteristics, regulated emissions, particle number (PN), and particle size distribution in a compression ignition Euro 6 engine following the Worldwide harmonized Light vehicle Test Cycle (WLTC). Regulated emissions were measured downstream of the aftertreatment system, while PN emissions were measured upstream of the particulate filter. The results showed that OME20 increased the peaks of pressure and heat released rate, causing an increase in the combustion speed compared to diesel. OME20 reduced CO and THC accumulated emissions by 52% and 17%, respectively, and the PN exhibited a dramatic reduction close to 61%. Such reductions were influenced by both the fuel formulation and the engine settings induced by the fuel. With OME20, the engine requires higher fueling to maintain the same power output. Therefore, the accelerator pedal position was higher compared to diesel, leading a decrease in exhaust gas recirculation (EGR) rate to increase the air mass flow. Consequently, PN, CO and THC emissions were reduced, and conversely, accumulated NOx emissions increased up to 42%. OME20 decreased the peak number concentrations of accumulation-mode particles at all driving cycle phases and caused a slight shift of the particles toward smaller size compared to diesel fuel. From the results, it can be concluded that PN and regulated emissions, despite being strongly affected by the fuel properties, are very sensitive to the EGR rate and the equivalence ratio, which are established in the engine mapping.Las nuevas tecnologías de combustibles, como los electrocombustibles, son una alternativa atractiva para cumplir con la demanda energética y las regulaciones de emisiones, siendo la electricidad sustentable la principal fuente de energía. Recientemente, existe un interés creciente en el uso de polioximetilen dimetil éter (OME) como sustituto del diesel. Este estudio investigó el efecto de una mezcla de combustible diésel con un 20 % de OME (OME20) con 3–5 grupos oximetileno sobre el rendimiento, las características de combustión, las emisiones reguladas, el número de partículas (PN) y la distribución del tamaño de las partículas en un motor Euro de encendido por compresión. 6 siguiendo el ciclo de prueba de vehículos ligeros armonizados a nivel mundial (WLTC). Las emisiones reguladas se midieron aguas abajo del sistema de postratamiento, mientras que las emisiones de PN se midieron aguas arriba del filtro de partículas. Los resultados mostraron que OME20 aumentó los picos de presión y la tasa de liberación de calor, lo que provocó un aumento en la velocidad de combustión en comparación con el diésel. OME20 redujo las emisiones acumuladas de CO y THC en un 52 % y un 17 %, respectivamente, y el PN exhibió una reducción drástica cercana al 61 %. Tales reducciones fueron influenciadas tanto por la formulación del combustible como por los ajustes del motor inducidos por el combustible. Con OME20, el motor requiere una mayor carga de combustible para mantener la misma potencia de salida. Por lo tanto, la posición del pedal del acelerador era más alta en comparación con el diésel, lo que provocó una disminución en la tasa de recirculación de gases de escape (EGR) para aumentar el flujo de masa de aire. En consecuencia, se redujeron las emisiones de PN, CO y THC y, por el contrario, NO acumulado respectivamente, y la PN exhibió una drástica reducción cercana al 61%. Tales reducciones fueron influenciadas tanto por la formulación del combustible como por los ajustes del motor inducidos por el combustible. Con OME20, el motor requiere una mayor carga de combustible para mantener la misma potencia de salida. Por lo tanto, la posición del pedal del acelerador era más alta en comparación con el diésel, lo que provocó una disminución en la tasa de recirculación de gases de escape (EGR) para aumentar el flujo de masa de aire. En consecuencia, se redujeron las emisiones de PN, CO y THC y, por el contrario, NO acumulado respectivamente, y la PN exhibió una drástica reducción cercana al 61%. Tales reducciones fueron influenciadas tanto por la formulación del combustible como por los ajustes del motor inducidos por el combustible. Con OME20, el motor requiere una mayor carga de combustible para mantener la misma potencia de salida. Por lo tanto, la posición del pedal del acelerador era más alta en comparación con el diésel, lo que provocó una disminución en la tasa de recirculación de gases de escape (EGR) para aumentar el flujo de masa de aire. En consecuencia, se redujeron las emisiones de PN, CO y THC y, por el contrario, NO acumulado provocando una disminución en la tasa de recirculación de gases de escape (EGR) para aumentar el flujo de masa de aire. En consecuencia, se redujeron las emisiones de PN, CO y THC y, por el contrario, NO acumulado provocando una disminución en la tasa de recirculación de gases de escape (EGR) para aumentar el flujo de masa de aire. En consecuencia, se redujeron las emisiones de PN, CO y THC y, por el contrario, NO acumuladox las emisiones aumentaron hasta un 42%. OME20 disminuyó las concentraciones máximas de partículas en modo de acumulación en todas las fases del ciclo de conducción y provocó un ligero cambio de las partículas hacia un tamaño más pequeño en comparación con el combustible diésel. De los resultados se puede concluir que la PN y las emisiones reguladas, a pesar de estar fuertemente afectadas por las propiedades del combustible, son muy sensibles a la tasa de EGR y la relación de equivalencia, las cuales se establecen en el mapeo del motor

Modelo termodinámico de diagnóstico para motores diésel duales

La sustitución parcial de combustibles diésel por combustibles renovables gaseosos en motores diésel, dando lugar a los denominados motores duales, está cobrando especial importancia en los últimos años, ya que permite reducir el uso de combustibles fósiles sin llevar a cabo cambios significativos ni en la mecánica del motor ni en los modos de funcionamiento empleados. Esta alternativa ofrece mejor rendimiento que los motores de gas y mayor flexibilidad a la hora de consumir gases combustibles. Para analizar el proceso de combustión es habitual recoger la señal de presión en cámara por medio de transductores piezoeléctricos. A partir de ésta, y resolviendo el primer principio de la termodinámica (modelo de diagnóstico), es posible realizar un análisis del proceso de combustión por medio de las curvas de calor liberado y de temperatura media en la cámara. En el caso de los motores duales, el hecho de introducir un combustible gaseoso junto con el aire en la admisión del motor modifica las propiedades del fluido comprimido, así como los productos de la combustión, afectando por tanto a variables fundamentales del diagnóstico de la combustión como el calor específico a presión constante (cp) y, consecuentemente, al exponente adiabático, lo cual afecta a la liberación de calor. Para el cálculo de cp se ha empleado una correlación dependiente de la temperatura media en el cilindro (calculada a partir de la ecuación de gases ideales) y de constantes propias del fluido proporcionadas por CHEMKIN para dos rangos de temperatura diferentes (por encima y por debajo de 1000 K). El modelo se aplica durante el periodo de válvulas cerradas, depreciándose las perdidas por blow-by. Cuando se recircula el gas de escape (EGR) se modifican los reactivos (y por tanto las propiedades termodinámicas) que intervienen en el proceso de combustión, por lo que es necesario conocer la masa de EGR recirculada y determinar su composición molar. El análisis de la combustión en base al calor liberado permite cuantificar parámetros como el tiempo de retraso, el porcentaje de combustión premezclada y difusiva o la duración de la combustión. Como ejemplo de aplicación, se ha comprobado que al aumentar el porcentaje de sustitución de diésel por gas procedente de la gasificación de biomasa aumenta la fase premezclada (debido a que el gas se quema simultáneamente con el diésel en dicha fase), así como una disminución de la duración de la combustión, debido a que la cantidad de diésel inyectada disminuye

Modelado de las colisiones de partículas primarias de hollín dentro de la cámara de combustión de un motor diesel

En la formación de los aglomerados de hollín dentro de la cámara de combustión de un motor diésel se pueden distinguir tres fases predominantes. La primera es la de formación de las partículas primarias, la segunda la del crecimiento neto de estas partículas y la última es la de la aglomeración de las partículas primarias, dando como resultado el aglomerado que es expulsado por el tubo de escape. Este trabajo solo analiza esta última fase. El modelo planteado utiliza como semilla un delta de Dirac de la función de tamaños de partículas, en la que sólo hay partículas primarias completamente formadas con igual tamaño característico. El resultado del modelo es la obtención de la evolución temporal de la función de distribución de tamaños medios de aglomerados. Se han analizado los fenómenos fluidodinámicos que más afectan a la función de frecuencia de colisiones de los aglomerados en formación. Se observa que los fenómenos más predominantes son el derivado del movimiento browniano y el del movimiento turbulento inercial. El modelo es de tipo semi-experimental, ya que utiliza como variables de entrada, datos experimentales obtenidos en banco de ensayo de motores, y resultados de modelos de diagnóstico de la combustión

Blends of babassu, palm kernel and coconut fame with fossil kerosene. Technical aspects of low carbon number methyl esters as a possible source for renewable jet fuel

State of the Art. Process and Distillation. Fuel Characterization. Fuel Compatibility Test

Emission benefits in application of alternative fuels on racing car compression ignition engines

The depletion of fossil fuels, and the weather-related disasters associated with climate change and greenhouse gas emissions plus the other human health and environmental hazards related to exhaust pollutant emissions demands the use of innovative approaches to reduce fossil fuel consumption. Motorsport industry should become a test-bed, and because of its advertising potential should promote the use of alternative steps to minimize fossil fuel consumption and address associated emission issues. In the short term, some improvements to current powertrain technologies and the use of alternative fuels such as biodiesel or the primary alcohols can reduce fossil fuel dependency and partly decrease their harmful effects. In this study a framework has been developed based on the effect of the different fuel properties to assess their suitability, performance and emission characteristics of different ‘short-term' fuels such as biodiesel and primary alcohols to reduce the use of fossil fuels in motorsport industry. A database is generated to permit the construction and theoretical application of the framework to the specific case of a turbocharged, four-stroke, compression ignition engine with common-rail injection system operating in medium/high temperature engine mod

Strategies to Introduce n-Butanol in Gasoline Blends

The use of oxygenated fuels in spark ignition engines (SIEs) has gained increasing attention in the last few years, especially when coming from renewable sources, due to the shortage of fossil fuels and global warming concern. Currently, the main substitute of gasoline is ethanol, which helps to reduce CO and HC emissions but presents a series of drawbacks such as a low heating value and a high hygroscopic tendency, which cause higher fuel consumption and corrosion problems, respectively. This paper shows the most relevant properties when replacing ethanol by renewable n-butanol, which presents a higher heating value and a lower hygroscopic tendency compared to the former. The test matrix carried out for this experimental study includes, on the one hand, ethanol substitution by n-butanol in commercial blends and, on the other hand, either ethanol or gasoline substitution by n-butanol in E85 blends (85% ethanol-15% gasoline by volume). The results show that the substitution of n-butanol by ethanol presents a series of benefits such as a higher heating value and a greater interchangeability with gasoline compared to ethanol, which makes n-butanol a promising fuel for SIEs in commercial blends. However, the use of n-butanol in E85 blends substituting either gasoline or ethanol may cause cold-start problems due to the lower vapor pressure of n-butanol. For this reason, a combined substitution of n-butanol by both gasoline and ethanol is proposed so that n-butanol can be used without start problems