Domanda:
La maggior parte dei motori a reazione commerciali oggi potrebbe funzionare con etanolo senza problemi?
DrZ214
2016-04-13 11:53:11 UTC
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La maggior parte dei motori a reazione commerciali oggi sarebbero quei grandi motori a reazione su grandi navi da passeggeri come un Boeing 747. Possono funzionare con etanolo puro senza problemi?

essere richiesto? La durata del motore sarebbe ridotta? Sarebbe più suscettibile alle fiamme o ad altri rischi meccanici? L'aereo non sarebbe mai riuscito a sollevarsi da terra? (Immagino che la riduzione della spinta limiterà il peso al decollo.)

Uno dei motivi per cui lo chiedo è perché alla fine la benzina sarà finita. (Non sono un apocalittico dicendo che accadrà il prossimo anno, ma da qualche parte lungo la linea sarà sicuramente sparito.) I motori a reazione richiederanno una riprogettazione importante, o potrebbero usare l'etanolo per alcuni anni / decenni e andranno bene?

Nota: sto parlando di motori a reazione (turbofan, ma vanno bene anche i turbojet) , ma non motori a pistoni e turboelica.

EDIT: Si è parlato molto del fatto che l'etanolo contenga meno energia del cherosene. Ti assicuro che ne sono consapevole. L'etanolo è come 25 MJ / kg e il cherosene è più come 40 o 45. Non sto facendo questa domanda pensando all'efficienza energetica, ma piuttosto fuori curiosità se le stesse geometrie del motore funzioneranno bene con entrambi i carburanti.

Una riformulazione: le attuali geometrie dei motori a reazione (angoli delle pale, rapporti di compressione, flusso volumetrico, ecc.) funzionerebbero bene con etanolo invece del normale carburante per aviogetti?

Probabilmente sono necessari test approfonditi. L'etanolo può distruggere le guarnizioni in gomma e così via. Se si desidera utilizzare un'auto a etanolo, è necessaria una modifica speciale al sistema di alimentazione
Se i motori di produzione attuali possono farlo funzionare in modo efficiente / senza molta manutenzione extra è un punto controverso poiché c'è più che abbondante olio in giro per superare la durata di tutti i motori attuali. I nuovi motori saranno progettati in modo ottimale per i combustibili disponibili al momento.
Una soluzione più probabile è il carburante sintetico per jet. Il processo Fischer-Tropsch è stato utilizzato per questo fin dalla seconda guerra mondiale, e la Marina degli Stati Uniti sta lavorando a una soluzione che potrebbe essere utilizzata su portaerei a propulsione nucleare: http://www.nrl.navy.mil/media/ comunicati-stampa / 2012 / rifornimento-della-flotta-marina-guarda-al-mare
Voglio mettere in dubbio la convinzione che "la benzina se ne andrà": perché dovrebbe essere? Man mano che diventa più difficile da produrre (o più pesantemente regolamentato), il prezzo aumenta. All'aumentare del prezzo diventa economico sostituirlo parzialmente con altre fonti energetiche, o ridurre il consumo, o sintetizzarlo (inclusa la coltivazione). Ad un certo punto l'estrazione da terra si ferma perché non è più redditizia, ma non la 'consumiamo mai tutta' e abbiamo sempre benzina: il prezzo sale, il consumo scende su una sorta di curva, proprio come qualsiasi altra merce.
Nessuno ha ancora menzionato una riprogettazione dei componenti della combustione, ma la mia ipotesi è che le differenze nei rapporti di miscela stechiometrici dei combustibili, volatilità, viscosità, velocità di reazione, velocità di propagazione della fiamma e altri problemi a cui non ho pensato richiederebbero modifiche a gli ugelli e le camere di combustione. Il sistema di erogazione e controllo del carburante dovrebbe essere almeno ricalibrato per l'etanolo e potrebbe non essere regolabile nella misura necessaria. So che le turbine a gas industriali possono funzionare con una varietà di combustibili, ma credo che questi componenti debbano essere adattati al combustibile.
@Spike0xff sì, lo so che si esaurirà come una curva a campana e non sarà mai letteralmente sparito. Alcuni rimarranno intrappolati e inestricabili se non a costi enormi. Sono stato semplicistico nel dire che sarà "andato" perché questa domanda non è davvero su questo, ma sulle attuali geometrie del motore che potrebbero lavorare con l'etanolo.
@sdenham Sì esattamente. Ho modificato l'OP per includere qualcosa sulle geometrie del motore.
Sette risposte:
GdD
2016-04-13 13:08:07 UTC
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Sebbene le turbine possano essere progettate per funzionare con l'etanolo, in realtà è un pessimo carburante per l'aviazione (in realtà è un pessimo carburante in generale). Il carburante per aviogetti a base di petrolio è cherosene di alta qualità che ha proprietà lubrificanti, a cui manca l'etanolo, e l'etanolo ha caratteristiche diverse, il che significa che non puoi versarlo e usarlo come sostituto.

Alcuni problemi con l'etanolo come carburante sono:

  • È un solvente che scioglie alcuni tipi di guarnizioni e tubi flessibili
  • Evapora molto facilmente e può causare il blocco del vapore
  • È igroscopico, il che significa che attrae e si mescola facilmente con l'acqua. La contaminazione dell'acqua non si stabilizzerebbe al punto più basso, ma sarebbe sospesa con il carburante
  • Ha una quantità di energia immagazzinata notevolmente inferiore per unità di peso. Il carburante per aerei ha una densità di energia di 46 MJ / kg (megajoule per chilogrammo) e l'etanolo puro ha 26,4 MJ / kg; è solo il 57% della densità energetica del carburante per aviogetti! Anche se un jet fosse in grado di bruciarlo alla massima efficienza, ne ricaverebbe poco più della metà della grinta.

Esistono sostituti del biocarburante per jet (e diesel) a base di colture di semi oleosi come la colza ( canola), olio di palma, ecc. Questi vengono elaborati per rimuovere i loro atomi di OH utilizzando la transesterificazione per creare combustibili che sono chimicamente quasi identici. Modificare i getti per utilizzare l'etanolo sarebbe estremamente costoso se fosse possibile, quindi non ha senso dato che c'è un sostituto adatto.

Il punto è in realtà controverso, perché i biocarburanti derivati ​​dalle colture non sostituiranno mai il petrolio. Semplicemente non ci sono abbastanza raccolti coltivati ​​per nutrire le persone e i motori allo stesso tempo, infatti anche se usassimo tutta la terra coltivabile del mondo per coltivare colture bio-combustibili invece di colture alimentari, non ne avremmo comunque abbastanza per sostituire i fossili combustibili. Abbiamo già abbastanza problemi a nutrire le persone e la mania dei biocarburanti non ci sta aiutando. I biocarburanti basati su colture non alimentari provenienti da terreni marginali potrebbero un giorno diventare economicamente sostenibili e sostituire parzialmente i combustibili derivati ​​dal petrolio.

Dopo alcune ricerche ho trovato un collegamento a un articolo che ho scritto sui biocarburanti per la rivista AOPA UK che approfondisce le questioni relative ai biocarburanti.

La maggior parte della benzina nel mondo è in realtà una miscela al 10 o 15% di etanolo, quindi immagino che il problema "scioglie alcuni tipi di guarnizioni e tubi flessibili" non sia così difficile da risolvere. Se mi sbaglio, spiega e chiarisci.
Non è difficile da risolvere: sostituisci le guarnizioni e i tubi con altri più nuovi che non si dissolveranno. La maggior parte delle auto costruite negli ultimi 20 anni hanno guarnizioni che possono tollerare il 15% di etanolo, le auto più vecchie spesso non lo fanno e finiscono per aver bisogno di riparazioni quando le guarnizioni ei tubi si degradano. Il 10-15% di etanolo non distrugge i sigilli così velocemente.
"..anche se usassimo tutta la terra coltivabile del mondo per coltivare colture biocarburanti invece di colture alimentari, non ne avremmo ancora abbastanza per sostituire i combustibili fossili ..." Hai una fonte per questo? È un modo fantastico per mettere in prospettiva la dipendenza dell'umanità dai combustibili fossili e mi piacerebbe usarlo.
Questa affermazione si basa su settimane della mia ricerca, che ho raccolto in un articolo del blog qui: http://tetsui.net/gdblog/2011/06/17/why-biofuels-make-no-sense/
Avere la propria ricerca non scientifica come base di riferimento non è realmente appropriato per una simile affermazione. Ci sono molti articoli accademici sul campo.
@user, forse dovresti verificarlo con GgD prima di respingere la sua dichiarazione senza prendere in considerazione: potrebbe prepararsi per una pubblicazione scientifica sottoposta a revisione paritaria e pubblicare i primi risultati sul suo blog personale. (Poi di nuovo, forse non lo è.)
@FreeMan, Non sto affatto ignorando i biocarburanti, sto dicendo che devi avere una fonte sostenibile di biomassa e che l'etanolo non è una buona scelta per l'aviazione. Se i combustibili alcolici a base di cellulosa possono essere resi economici e il diesel a base di alghe può essere prodotto in quantità, non avremo pressione sulle colture alimentari. Andando fuori tema però
@FreeMan Questo è solo perché il suo sistema motore / carburante è stato ottimizzato per l'E85. È un dato di fatto che la benzina ha più energia potenziale per unità di massa (o per unità di volume) dell'etanolo, quindi se stai ottenendo più energia dalla stessa quantità di miscela di etanolo, è solo perché stai bruciando il gas normale in modo inefficiente . Naturalmente, è anche possibile che il suo sistema di alimentazione alimentasse semplicemente il carburante al motore più velocemente con la miscela di etanolo (quel sito non confronta i consumi di carburante per quelle cifre di potenza che posso vedere).
@GdD: Non importa se abbiamo "abbastanza" biocarburanti, questo è un totale non problema. Il vero limite non è la fornitura di carburante ma la CO2, e dovremo raggiungere lo stato stazionario abbastanza presto. Parte di ciò può essere ottenuto sostituendo i combustibili fossili con biocarburanti CO2 neutri, il resto dovrà essere ottenuto riducendo l'uso di combustibili.
@FreeMan: Un altro modo di vederlo è che un motore di una data dimensione sarà in grado di consumare etanolo più velocemente della benzina; la quantità di cui la massima velocità di alimentazione dell'etanolo è maggiore della benzina supera la quantità di cui la sua densità di energia volumetrica è inferiore, consentendo ai motori di produrre più potenza.
Si tratta di essere in grado di coltivare biomassa e cibo a sufficienza allo stesso tempo @MSalters. C'è solo così tanta terra e acqua dolce per le colture tradizionali di biocarburanti, ecco perché la biomassa a base di alghe è così importante.
Un altro esempio di ciò che GdD sta dicendo su come la coltivazione di colture combustibili non sia una risposta a lungo termine: le colture da olio di palma che stanno crescendo a un ritmo vertiginoso nel sud-est asiatico stanno distruggendo enormi quantità di torba antica che sono i migliori pozzi di assorbimento di carbonio del pianeta e impiegare secoli per riformarsi. L'effetto netto delle piantagioni di olio di palma sulla CO2 è davvero negativo.
"[L'etanolo è] un solvente che dissolve alcuni tipi di guarnizioni e tubi" Quindi, proprio come il cherosene. Il punto saliente è presumibilmente che l'etanolo potrebbe sciogliere le guarnizioni e i tubi di un motore progettato per funzionare con cherosene, (proprio come il cherosene potrebbe sciogliere le guarnizioni e i tubi flessibili di un motore progettato per funzionare a etanolo).
@FreeMan un post sul blog senza fonti, da considerare come pubblicazione scientifica? Cosa sto facendo in questo mondo?
@GdD - *** "[L'etanolo] è igroscopico" *** ... quindi lo è il cherosene, quindi qual è il punto?
Il cherosene è un po 'igroscopico @jwzumwalt, ma la specifica per il carburante per jet è di 30 ppm di acqua. Le miscele di etanolo possono avere un contenuto di acqua di 6000-7000 ppm.
@GdD -Non sono sicuro di cosa consideri un po 'd'acqua ... Ma il carburante per jet ha abbastanza acqua da far crescere disinibite alghe e microbi nei serbatoi di carburante degli aerei di linea.
L'acqua può entrare in qualsiasi carburante @jwzumwalt, questo accade spesso quando i serbatoi si raffreddano. È meno probabile che l'acqua che può far crescere le alghe sia igroscopica, più acqua libera che non è stata assorbita. Ne hai di più perché Jet ne assorbe meno.
@TomMcW: Questo non lo rende una cattiva idea; significa solo che è stato implementato male.
Patrick
2016-04-13 12:48:36 UTC
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Sì, i motori a reazione / turbina possono funzionare con etanolo ... ma l'etanolo ha solo il 60% del contenuto energetico per unità di massa del carburante Jet-A, il che significa che devi usarne il 67% in più in massa per ottenere il stessa produzione di energia.

Dovrai aumentare il carburante aggiuntivo trasportato (a causa della necessità di trascinarti dietro molto più carburante a bassa densità) di ogni aereo con un discreto margine se li rifornissi con etanolo.

L'uso di energie alternative per i motori a turbina è stato ampiamente studiato. Il problema è sempre che contengono una densità di energia molto inferiore rispetto al Jet-A, rendendoli irrealizzabili.

Sì, lo so che l'etanolo ha un contenuto energetico molto inferiore e quindi non è economico oggi. Non sottovaluterò poiché nulla di ciò che hai detto era sbagliato, ma sto davvero cercando i dettagli sull'uso dell'etanolo nei motori di oggi, come le modifiche di manutenzione, non la riduzione dell'efficienza.
Anche se immagino che questa risposta lo implichi, probabilmente vale la pena sottolineare esplicitamente che trasportare tutta quella massa di carburante in più significa che l'aereo ha bisogno di produrre più potenza per rimanere in volo. Pertanto, i requisiti di carburante per spostare lo stesso carico utile alla stessa distanza nella stessa quantità di tempo crescono in modo superlineare al diminuire della densità di energia del carburante. Ciò significa anche generalmente più inquinamento per lo stesso lavoro svolto.
sweber
2016-04-13 13:53:41 UTC
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Non sono un esperto di veri motori a reazione. Penso che in generale dovrebbe essere possibile far funzionare un jet con l'etanolo, anche se potrebbero essere necessarie alcune modifiche. Alcuni materiali potrebbero non essere resistenti all'etanolo e necessitano di sostituzione.

Ma il motivo principale per non utilizzare l'etanolo è che contiene molta meno energia: solo 27 MJ per chilogrammo invece di 43 MJ per il carburante per aviogetti. domanda di energia (cioè un intero volo), l'aereo avrebbe bisogno del 60% di carburante in più, più carburante aggiuntivo per trasportare il carburante aggiuntivo ...

Ecco alcuni dati sull'A380 da wikipedia (peso del carburante calcolato con un fattore di 0,8 kg / l): 

  Peso massimo al decollo 575.000 kg (1.268.000 lb) Peso operativo a vuoto 276.800 kg (610.200 lb) Max. capacità carburante 256.000 kg (564.000 lb) (44% MTOW) ------------------------------------- ------------------------ Carico utile calcolato: 299.000 kg

Se l'aereo utilizzasse etanolo, questo cambia in : 

  Peso massimo al decollo 575.000 kg (1.268.000 lb) Peso operativo a vuoto 276.800 kg (610.200 lb) equivalente in etanolo: 407.000 kg (900.000 lb) (70% MTOW) ----- -------------------------------------------------- ------ Carico utile calcolato: -108.000 kg (-240.000 lb)

Anche se riesci a caricare il carburante aggiuntivo, l'aereo è troppo pesante per decollare, anche senza carico utile.

Non è il costo (o la disponibilità), è la cattiva densità di energia che rende l'etanolo inadatto.

Sarebbe meglio usare qualcosa di più simile al carburante per aerei come il biodiesel, che è simile al diesel fossile. I biocarburanti in genere hanno anche una densità energetica inferiore, ma non al punto da renderli tecnicamente inadatti.

Esistono diversi tipi di tali combustibili per l'aviazione e wikipedia ha un elenco impressionante di voli di prova e commerciali che utilizzano biocarburanti. Nella maggior parte dei casi è stata utilizzata una miscela di combustibili fossili e biocarburanti, ma su alcuni voli un motore (o l'intero velivolo?) Era alimentato da biocarburante puro.

Il problema principale con i biocarburanti di qualsiasi tipo è ancora è la disponibilità. Semplicemente non possiamo produrre abbastanza per sostituire completamente i combustibili fossili.

Rhys Dixon
2017-03-04 20:13:20 UTC
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La conversione diretta del carburante per i motori a gas è una variazione del rapporto aria / carburante. Altri fattori entrano in gioco come l'approvvigionamento di carburante, la lubrificazione, la corrosione, ecc. Questi non sono un problema nelle auto che ho convertito. Un aspetto che dovrebbe essere affrontato qui è il rapporto peso / potenza del sistema risultante. Puoi aumentare la potenza in un'auto utilizzando lo stesso motore passando all'etanolo. Sì, devi fare il pieno più spesso. Sì, potrebbe esserci qualcosa con i sigilli nelle auto più vecchie. Conclusione: è più veloce, più economico e lo scarico non puzza. C'è una nuova tecnica per produrre etanolo sviluppata dagli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory che converte lo scarico del camino industriale in etanolo. Questa è una nuova fonte di carburante che ripulisce l'inquinamento alla fonte fornendo un carburante meno inquinante per l'uso. Nessun grano coinvolto, quindi nessun impatto sulle fonti di cibo. La NASA sta conducendo test su un nuovo biocarburante a base di falso lino. I Blue Angels stanno volando 50/50 con questa nuova roba. La Marina dovrebbe cambiare servizio entro il 2030. Chiedo che ciò avvenga più velocemente. Chiunque sia interessato ai biocarburanti dovrebbe verificarlo. La pianta non è mai stata allevata per la produzione di carburante, quindi c'è un'opportunità. Nota a margine interessante, l'area intorno a Fukushima è piena di roba. Molto probabilmente si sono verificate mutazioni genetiche. Tra queste mutazioni ci sarà qualcosa che influirà sulla capacità di produzione di carburante.

Benvenuto nel sito e grazie per le informazioni. Se puoi, pubblica link per fare riferimento a cose.
OshkoshForumNerd
2016-04-14 12:33:37 UTC
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NO! Sia come originariamente chiesto che come rivisto. NO!

Manutenzione? I motori a reazione sono LUBRIFICATI con il loro CARBURANTE. L'etanolo non ha la viscosità e il potere lubrificante necessari per proteggere le superfici in movimento. Che ne dici di una sostituzione dopo ogni volo!

La ventola di bypass alto nella parte anteriore del motore richiede una certa quantità di Shaft Horse Power erogata dalla parte "Jet" sul retro. Le linee del carburante esistenti non possono fornire abbastanza etanolo per raggiungere la piena potenza o la massima efficienza.

La combustione dell'etanolo richiederà una riprogettazione non limitata a:

  • lubrificazione a ricircolo di olio pompe
  • radiatori dell'olio (che aumentano la resistenza)
  • linee del carburante più grandi
  • guarnizioni sicure per l'etanolo

Solo la densità inferiore dell'etanolo non ne impedisce l'utilizzo in quanto la stragrande maggioranza dei combattimenti commerciali non decolla con il pieno di carburante e come tale c'è sempre stato un volume extra disponibile. Tuttavia, i voli diretti più lunghi come Los Angeles a Sydney richiederanno una sosta per il carburante. L'aggiunta di ulteriori atterraggi e decolli a rotte esistenti e depositi di carburante definisce quasi la parola problema.

Etanolo? NO!

Olio di arachidi? Sì

"L'aggiunta di ulteriori atterraggi e decolli a rotte esistenti, nonché depositi di carburante, definisce quasi la parola problema" ehum, cosa? potresti chiarire?
-1
@Federico Le soste per il carburante significano più tempo, più usura e più costi (devi scendere dall'altitudine di crociera, depressurizzare la cabina, atterrare, decollare, repressurizzare e tornare in quota), mentre i serbatoi più grandi significano più peso da trasportare, il che significa è necessario bruciare più carburante per volare alle stesse distanze.
Ah ok. Quindi sembra esserci una "the" in più in quella frase (quella davanti a "define")
I veri motori a reazione non sono lubrificati dal carburante. Hanno un sistema di olio separato che (contrariamente ai motori alternativi) ha lo scopo principale di raffreddare i cuscinetti, solo una parte del suo scopo è lubrificarli
Max Power
2020-02-20 05:48:25 UTC
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In sostituzione dell'uso quotidiano la risposta è no, plausibile in una fuga di emergenza dall'isola degli zombi sì.

Sì, le turbine a gas, proprio come i motori a vapore, possono funzionare abbastanza bene praticamente tutto ciò che fa calore. I problemi sono più pratici in termini di densità di energia, facilità d'uso e affidabilità (la polvere di carbone può ostruirsi o fermarsi ogni pochi minuti per aprire la camera di combustione e riaccendere un fuoco di legna non sarebbe pratico) e la vita del motore. (Depositi inclusi) L'etanolo in particolare è altamente erossivo per l'alluminio non rivestito e ha una bassa energia per massa.

I problemi di lubrificazione riguardano principalmente la pompa del carburante e il sistema di iniezione e potrebbero essere risolti, il mandrino di una turbina a getto aveva olio lubrificante dedicato e in realtà nessun altro cuscinetto.

I carburanti biodiesel sono vicini al petrolio normale in molti modi, ma sono solventi molto forti, quindi necessitano di polimeri speciali tipo teflon per tubi e guarnizioni non metallici. Anche la consistenza dei lotti di entrambe le materie prime e la lavorazione è importante per quanto riguarda cose come il punto gel e i cristalli di cera, che è importante a -40 di alta quota.

Ci sono stati motori a reazione sperimentali che utilizzavano combustibile nucleare bacchette per il calore, tipici problemi di irraggiamento.

Koyovis
2020-02-20 06:45:58 UTC
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Sì, è possibile far funzionare le turbine a gas con l'etanolo, come elencato su questo sito: uno dei 25 diversi tipi di carburante che l'articolo considera. Qualche riprogettazione pratica della turbina a gas potrebbe o non potrebbe essere necessaria:

  • È stata menzionata la lubrificazione, un problema di progettazione piuttosto banale. Le turbine a gas aeronautiche vengono utilizzate per la generazione di energia, spesso alimentate a GPL o GNL, che non hanno nemmeno molte proprietà lubrificanti.
  • Anche gli urti non sono un problema nelle turbine a gas. Nei motori alternativi in ​​cui la miscela carburante / aria è compressa, i colpi possono creare problemi di fasatura prematura dell'accensione. Nelle turbine a gas l'aria in ingresso viene prima compressa e il carburante viene iniettato nel flusso d'aria ad alta pressione e temperatura.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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