Kunnen de meeste commerciële straalmotoren vandaag probleemloos op ethanol werken?

De meeste commerciële straalmotoren van vandaag zijn die grote straalmotoren op grote passagiersschepen zoals een Boeing 747. Kunnen deze zonder problemen op straight ethanol draaien?

Zou meer onderhoud nodig zijn? Zou de levensduur van de motor worden verkort? Zou het vatbaarder zijn voor flameouts of andere mechanische risico's? Zou het vliegtuig het nooit van de grond halen? (Ik stel me voor dat stuwkrachtreductie het startgewicht beperkt.)

Eén reden waarom ik het vraag is omdat uiteindelijk benzine weg zal zijn. (Ik ben geen apocalyptisch gezegde dat volgend jaar zal plaatsvinden, maar ergens in de rij zal het zeker verdwenen zijn.) Zullen straalmotoren een belangrijk herontwerp nodig hebben, of kunnen ze gewoon een paar jaar/decennia ethanol gebruiken en goed?

Opmerking: ik heb het over straalmotoren (turbofans, maar turbojets zijn ook goed) , maar niet zuigermotoren en turboprops.

EDIT: A lot of talk has been generated that ethanol contains less energy than kerosene. I assure you I'm aware of this. Ethanol is like 25 MJ/kg and kerosene is more like 40 or 45. I'm not asking this question with energy efficiencies in mind, but rather out of curiosity if the same engine geometries will work well with both fuels.

A rephrasing: Would current jet engine geometries (blade angles, compression ratios, volumetric flow, etc.) work well with ethanol instead of regular jet fuel?

23
Of de huidige productiemotoren efficiënt kunnen draaien zonder veel extra onderhoud is een betwistbaar punt omdat er meer dan genoeg olie in de buurt is om de levensduur van alle huidige motoren te overtreffen. Nieuwe motoren worden optimaal ontworpen voor de brandstoffen die op dat moment beschikbaar zijn.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
@sdenham Ja precies. Ik heb het OP bewerkt met iets over motorgeometrieën.
toegevoegd de auteur cpm, de bron
@ Spike0xff ja ik weet dat het zal uitputten als een belcurve en nooit nog letterlijk helemaal weg zal zijn. Sommigen zullen gevangen en onhaalbaar blijven, behalve tegen enorme kosten. Ik was simplistisch door te zeggen dat het "weg" zal zijn, omdat deze vraag daar niet echt over gaat, maar over de huidige motorgeometrieën die mogelijk met ethanol werken.
toegevoegd de auteur cpm, de bron
Ik wil de overtuiging in twijfel trekken dat "benzine zal weg zijn" - waarom zou het zijn? Naarmate het moeilijker wordt om te produceren (of zwaarder gereguleerd), stijgt de prijs. Naarmate de prijs stijgt, wordt het economisch om het gedeeltelijk te vervangen door andere energiebronnen, of om het verbruik te verminderen, of om het te synthetiseren (inclusief het te laten groeien). Op een gegeven moment stopt het extraheren van de grond omdat het niet langer winstgevend is, maar we gebruiken het nooit helemaal en we hebben altijd benzine - de prijs stijgt, het verbruik daalt op een soort curve, net als elk ander product.
toegevoegd de auteur The Oddler, de bron
Niemand heeft nog een nieuw ontwerp van de verbrandingscomponenten genoemd, maar ik vermoed dat de verschillen in de stoichiometrische mengselverhoudingen, vluchtigheid, viscositeit, reactiesnelheid, vlamverspreidingssnelheden en andere kwesties waar ik niet aan heb gedacht, veranderingen in de de spuitmonden en verbrandingskamers. Het brandstoftoevoer- en regelsysteem moet op zijn minst opnieuw worden gekalibreerd voor ethanol en is mogelijk niet in die mate instelbaar. Ik weet dat industriële gasturbines op verschillende brandstoffen kunnen worden gebruikt, maar ik ben van mening dat deze componenten moeten worden aangepast aan de brandstof.
toegevoegd de auteur algiogia, de bron
Waarschijnlijk zijn uitgebreide tests vereist. Ethanol kan rubberafdichtingen en dergelijke beschadigen. Als u een auto op ethanol wilt laten rijden, is speciale aanpassing aan het brandstofsysteem vereist
toegevoegd de auteur Andrius, de bron
Een meer waarschijnlijke oplossing is synthetische vliegtuigbrandstof. Het Fischer-Tropsch-proces werd hiervoor al in de Tweede Wereldoorlog gebruikt en de Amerikaanse marine werkt aan een oplossing die kan worden gebruikt op vliegdekschepen met kernenergie: nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/&ellicle;
toegevoegd de auteur pjc50, de bron

5 antwoord

Hoewel turbines kunnen worden ontworpen om op ethanol te rijden, is het eigenlijk een slechte vliegtuigbrandstof (eigenlijk is het in het algemeen een slechte brandstof). Petroleumgebaseerde vliegtuigbrandstof is hoogwaardig kerosine met smerende eigenschappen, die ethanol mist, en ethanol heeft verschillende eigenschappen, wat betekent dat u het niet kunt inpompen en het als vervanging kunt gebruiken.

Sommige problemen met ethanol als brandstof zijn:

  • It's a solvent which dissolves some types of seals and hoses
  • It evaporates very easily, and can cause vapor lock
  • It is hygroscopic, meaning it attracts and mixes with water very readily. Water contamination would not settle to the lowest point, instead it would be suspended with the fuel
  • It has significantly less stored energy per unit of weight. Jet fuel has an energy density of 46 MJ/kg (megajoules per kilogram) and pure ethanol has 26.4 MJ/kg; that's only 57% of the energy density of jet fuel! Even if a jet was able to burn it at its maximum efficiency it would get just over half the oomph from it.

Er zijn vervangende biobrandstoffen voor straal- (en diesel) brandstoffen op basis van oliehoudende gewassen zoals koolzaad ( canola ), palmolie, etc. Deze worden verwerkt om hun OH-atomen te verwijderen met behulp van transesterification om te creëren brandstoffen die chemisch bijna identiek zijn. Het aanpassen van jets om ethanol te gebruiken zou enorm duur zijn als het zelfs mogelijk is om te doen, dus het heeft geen zin als er een geschikte vervanging is.

Het punt is feitelijk onbesproken omdat biobrandstoffen op basis van gewassen nooit aardolie zullen vervangen. Er zijn simpelweg niet genoeg gewassen verbouwd om mensen en motoren tegelijkertijd te voeden, zelfs al zouden we alle landbouwgrond van de wereld gebruiken om biobrandstofgewassen te laten groeien in plaats van voedselgewassen, we zouden er nog steeds niet genoeg van hebben om fossiel te vervangen brandstoffen. We hebben al genoeg problemen om mensen te voeden en de rage van biobrandstoffen helpt daar niet bij. Biobrandstoffen op basis van niet-voedingsgewassen uit marginale grond kunnen op een dag economisch levensvatbaar worden en gedeeltelijk petroleumbrandstoffen vervangen.

Na wat zoeken vond ik een link naar een artikel I schreef over biobrandstoffen voor het tijdschrift AOPA UK, dat meer in detail gaat over biobrandstofproblemen.

36
toegevoegd
@FreeMan Dat komt alleen omdat zijn motor/brandstofsysteem is geoptimaliseerd voor de E85. Het is een feit dat benzine meer potentiële energie per eenheidsmassa (of per volume-eenheid) heeft dan ethanol, dus als je meer kracht krijgt van dezelfde hoeveelheid ethanolmengsel, is dat alleen omdat je het normale gas op een inefficiënte manier verbrandt . Het is natuurlijk ook mogelijk dat zijn brandstofsysteem simpelweg brandstof aan de motor toevoerde met de ethanolmix (die site vergelijkt niet het brandstofverbruik voor die vermogenscijfers die ik kan zien.)
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
... zelfs als we alle bewerkbare grond van de wereld zouden gebruiken om biobrandstofgewassen te laten groeien in plaats van voedselgewassen, zouden we er nog steeds niet genoeg van hebben om fossiele brandstoffen te vervangen ... Heb je daar een bron voor? ? Het is een geweldige manier om de afhankelijkheid van de mens van fossiele brandstoffen in het juiste perspectief te plaatsen en ik zou het graag gebruiken.
toegevoegd de auteur schmidty, de bron
@FreeMan een blogpost zonder bronnen, te beschouwen als een wetenschappelijke publicatie? Wat doe ik in deze wereld?
toegevoegd de auteur Brian Warshaw, de bron
Het hebben van uw eigen niet-wetenschappelijke onderzoek als referentiebasis is niet echt geschikt voor een dergelijke verklaring. Er zijn veel academische papers op het veld.
toegevoegd de auteur Brian Warshaw, de bron
"[Ethanol is] een oplosmiddel dat sommige soorten afdichtingen en slangen oplost" Dus, net als kerosine. Het meest opvallende punt is vermoedelijk dat ethanol de afdichtingen en slangen van een motor die is ontworpen om op kerosine te lopen, kan oplossen (net zoals kerosine de afdichtingen en slangen van een motor die is ontworpen om op ethanol te lopen) kan oplossen.
toegevoegd de auteur bentford, de bron
@GdD - "Het [ethanol] is hygroscopisch" ... zo is kerosine, dus wat is het punt?
toegevoegd de auteur rawpower, de bron
@GdD - Ik weet niet zeker wat je als een beetje water beschouwt ... Maar Jet Fuel heeft genoeg water voor algen en microben om ongeremd te groeien in brandstoftanks van vliegtuigen.
toegevoegd de auteur rawpower, de bron
De meeste benzine in de wereld bestaat in feite uit een mengsel van 10 of 15% ethanol, dus ik denk dat het probleem "lost sommige soorten afdichtingen en slangen op" niet zo moeilijk op te lossen is. Als ik het mis heb, leg het dan uit en verduidelijk het.
toegevoegd de auteur cpm, de bron
@user, misschien moet je dat eerst bij GgD navragen voordat je zijn verklaring gewoon uit de hand hebt gewezen - hij bereidt zich misschien voor op een wetenschappelijke peer-reviewed publicatie en publiceert de eerste resultaten op zijn persoonlijke blog. (Nogmaals, misschien is hij dat niet.)
toegevoegd de auteur FreeMan, de bron
@ GdD: Het maakt niet uit of we "voldoende" biobrandstoffen hebben, dat is een totale non-issue. De echte beperking is niet brandstoftoevoer maar CO2, en we zullen vrij snel de steady-state moeten bereiken. Een deel daarvan kan worden bereikt door fossiele brandstoffen te vervangen door CO2-neutrale biobrandstoffen, de rest moet worden bereikt door het brandstofverbruik te verminderen.
toegevoegd de auteur MSalters, de bron
Kerosine is een heel klein beetje hygroscopisch @jwzumwalt, maar de specificatie voor Jet-brandstof is 30ppm waterinhoud. Ethanolmengsels kunnen een watergehalte van 6000-7000 ppm hebben.
toegevoegd de auteur GdD, de bron
Water kan in de brandstof @jwzumwalt terechtkomen, dit gebeurt vaak wanneer tanks afkoelen. Water dat algen kan laten groeien is minder waarschijnlijk hygroscopisch, meer vrij water dat niet is opgenomen. Daar heb je meer van, omdat Jet er minder van absorbeert.
toegevoegd de auteur GdD, de bron
Het is een kwestie van voldoende biomassa en voedsel tegelijk te kunnen kweken @MSalters. Er is zo veel land en zoet water voor traditionele biobrandstofgewassen, daarom is biomassa op basis van algen zo belangrijk.
toegevoegd de auteur GdD, de bron
@FreeMan, ik verwerp biobrandstoffen helemaal niet, ik zeg dat je een duurzame bron van biomassa moet hebben, en dat ethanol geen goede keuze is voor de luchtvaart. Als alcoholhoudende brandstoffen op basis van cellulose economisch kunnen worden gemaakt en op algen gebaseerde diesel in hoeveelheden kan worden geproduceerd, zullen we geen druk uitoefenen op voedselgewassen. Maar van het onderwerp afstappen
toegevoegd de auteur GdD, de bron
Die verklaring is gebaseerd op weken van mijn eigen onderzoek, dat ik hier in een blogartikel heb samengebracht: tetsui.net/gdblog/2011/06/17/why-biofuels-make-no-sense
toegevoegd de auteur GdD, de bron
Het is niet moeilijk op te lossen - u vervangt de afdichtingen en slangen door nieuwe die niet zullen oplossen. De meeste auto's die in de afgelopen 20 jaar zijn gebouwd, hebben afdichtingen die 15% ethanol kunnen verdragen, oudere auto's vaak niet en moeten worden gerepareerd wanneer de afdichtingen en slangen worden afgebroken. 10-15% ethanol vernietigt geen zeehonden die snel zijn.
toegevoegd de auteur GdD, de bron
@FreeMan: Een andere manier om ernaar te kijken, is dat een motor van een bepaalde grootte ethanol sneller kan zuigen dan benzine; de hoeveelheid waarmee de maximale toevoersnelheid van ethanol hoger is dan die van benzine, overschrijdt de hoeveelheid waarmee de volumetrische energiedichtheid lager is, waardoor motoren meer vermogen kunnen produceren.
toegevoegd de auteur DrColossos, de bron
Een voorbeeld van wat GdD zegt over hoe het groeien van brandstofgewassen geen langetermijnantwoord is: de palmoliegewassen die in een razend tempo groeien in Zuidoost-Azië vernietigen enorme hoeveelheden oud turf en dat is de beste koolstof die op de planeet zinkt en het duurt eeuwen om te hervormen. Het netto-effect van palmolieplantages op CO2 is echt slecht.
toegevoegd de auteur TomMcW, de bron

Ja, jet-/turbinemotoren kunnen op ethanol rijden ... maar ethanol heeft slechts 60% van de energie-inhoud per massa-eenheid Jet-A-brandstof, wat betekent dat u 67% meer moet verbruiken met massa om dezelfde energie-output te krijgen .

Je moet de toegevoegde brandstof (vanwege het feit dat je veel meer brandstof met een lage dichtheid moet sjouwen) van elk vliegtuig met een flinke marge verhogen als je ze met ethanol brandstof zou geven.

Alternatief energiegebruik voor turbinemotoren is uitgebreid bestudeerd. Het probleem is altijd dat ze veel minder energiedichtheid bevatten dan Jet-A, waardoor ze onhaalbaar zijn.

10
toegevoegd
Hoewel ik denk dat dit antwoord het impliceert, is het waarschijnlijk de moeite waard om er expliciet op te wijzen dat het dragen van al die extra brandstofmassa rond betekent dat het vliegtuig meer kracht moet produceren om in de lucht te blijven. De brandstofbehoefte om dezelfde nuttige lading op dezelfde afstand in dezelfde hoeveelheid tijd te verplaatsen, groeit dus superieur naarmate de energiedichtheid van brandstof daalt. Dit betekent ook over het algemeen meer vervuiling voor hetzelfde uitgevoerde werk.
toegevoegd de auteur pauldoo, de bron
Ja, ik weet dat ethanol veel minder energie bevat en dus niet economisch is vandaag. Ik zal niet downvote aangezien niets wat je zei onjuist was, maar ik ben echt op zoek naar de details van het gebruik van ethanol in de motoren van vandaag, zoals onderhoudswijzigingen, en geen vermindering van de efficiëntie.
toegevoegd de auteur cpm, de bron

Ik ben geen expert in echte straalmotoren. Ik denk dat het in het algemeen mogelijk moet zijn om een ​​straaljager op ethanol te laten lopen, hoewel er misschien een aanpassing nodig is. Sommige materialen zijn mogelijk niet bestand tegen ethanol en moeten worden vervangen.

Maar de belangrijkste reden om ethanol niet te gebruiken, is dat het veel minder energie bevat: slechts 27 MJ per kilogram in plaats van 43MJ voor vliegtuigbrandstof. Voor dezelfde energiebehoefte (dat wil zeggen een volledige vlucht) zou het vliegtuig 60% meer brandstof nodig hebben, plus extra brandstof om de extra brandstof te vervoeren ...

Hier zijn enkele gegevens over de A380 van Wikipedia (brandstofgewicht berekend met een factor 0,8 kg/l):

Maximum take-off weight    575,000 kg (1,268,000 lb)
Operating empty weight     276,800 kg (610,200 lb)
Max. fuel capacity         256,000 kg (564,000 lb) (44% MTOW)
-------------------------------------------------------------
Calculated payload:        299,000 kg

Als het vliegtuig ethanol zou gebruiken, verandert dit in:

Maximum take-off weight    575,000 kg (1,268,000 lb)
Operating empty weight     276,800 kg (610,200 lb)
ethanol equivalent:        407,000 kg (900,000 lb) (70% MTOW)
-------------------------------------------------------------
Calculated payload:       -108,000 kg (-240,000 lb)

Zelfs als het je lukt om de extra brandstof te laden, is het vliegtuig te zwaar om op te stijgen, zelfs zonder lading.

Het zijn niet de kosten (of beschikbaarheid), het is de slechte energiedichtheid die ethanol ongeschikt maakt.

Het zou beter zijn om iets vergelijkbaars te gebruiken als vliegtuigbrandstof zoals Biodiesel, dat vergelijkbaar is met fossiele diesel. Biobrandstoffen hebben meestal ook een lagere energiedichtheid, maar niet zodanig dat ze technisch ongeschikt zijn.

Er zijn verschillende soorten van dergelijke brandstoffen voor de luchtvaart en wikipedia heeft een indrukwekkende lijst van test- en commerciële vluchten met biobrandstoffen. In de meeste gevallen werd een mengsel van fossiele brandstof en biobrandstof gebruikt, maar op sommige vluchten werd één motor (of het hele vliegtuig?) Aangedreven door pure biobrandstof.

Het grootste probleem met biobrandstoffen van welke aard dan ook is nog steeds beschikbaarheid. We kunnen gewoon niet genoeg produceren om fossiele brandstoffen volledig te vervangen.

7
toegevoegd

De directe conversie van brandstof voor gasmotoren is een verandering in lucht/brandstofverhouding. Andere factoren spelen een rol, zoals brandstoftoevoer, smering, corrosie, enz. Dit is een probleem in de auto's die ik heb geconverteerd. Een aspect dat hier moet worden aangepakt, is de verhouding tussen vermogen en gewicht van het resulterende systeem. Je kunt meer vermogen in een auto maken met dezelfde motor door over te schakelen op ethanol. Ja, je moet vaker opvullen. Ja, er is mogelijk iets met zegels in oudere auto's. Kortom: het is sneller, goedkoper en de uitlaat stinkt niet. Er is een nieuwe techniek voor het maken van ethanol ontwikkeld door wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory, dat industriële rookstapeluitlaat omzet in ethanol. Dit is een nieuwe bron voor brandstof die vervuiling aan de bron opruimt en tegelijkertijd een minder vervuilende brandstof levert voor gebruik. Geen graan, dus geen invloed op voedselbronnen. NASA voert tests uit op een nieuwe biobrandstof gemaakt van valse vlas. De Blue Angels vliegen 50/50 met deze nieuwe dingen. De marine zou tegen 2030 moeten overschakelen. Ik pleit ervoor dat dit sneller gaat. Iedereen die geïnteresseerd is in biobrandstoffen, moet het eens proberen. De plant is nooit gefokt voor brandstofproductie, dus er is een mogelijkheid. Interessante kanttekening, het gebied rond Fukushima is beplant met het spul. Genetische mutaties zijn hoogst waarschijnlijk opgetreden. Onder die mutaties zal iets zijn dat de productiecapaciteit van brandstof beïnvloedt.

3
toegevoegd
Welkom op de site en bedankt voor de info. Als je kunt, plaats dan links naar referentiedingen.
toegevoegd de auteur cpm, de bron

NEE! Beide zoals oorspronkelijk gevraagd en herzien. NEE!

Onderhoud? Straalmotoren worden met hun BRANDSTOF VASTGELOPEN. Ethanol heeft niet de noodzakelijke viscositeit en gladheid om de bewegende oppervlakken te beschermen. Wat dacht je van vervanging na elke vlucht!

De High-bypass-ventilator aan de voorkant van de motor vereist een bepaalde hoeveelheid askracht van de as die wordt geleverd door het "Jet" -gedeelte aan de achterkant. De bestaande brandstofleidingen kunnen niet genoeg ethanol leveren om ofwel vol vermogen ofwel piekefficiëntie te bereiken.

Het verbranden van ethanol vereist re-engineering, niet beperkt tot:

  • oliecirculatiecirculatiepompen
  • oliekoelers (die de weerstand vergroten)
  • grotere brandstofleidingen
  • ethanolveilige afdichtingen

De lagere dichtheid van ethanol alleen verhindert het gebruik ervan niet, aangezien de overgrote meerderheid van commerciële gevechten niet met volle brandstof opstijgen en als zodanig is er altijd extra volume beschikbaar geweest. Voor de langste rechtstreekse vluchten zoals L.A. naar Sydney is een tankstop nodig. Door toevoeging van extra landingen en opstijgingen aan bestaande routes en brandstofdepots wordt het woordprobleem bijna gedefinieerd.

Ethanol? NEE!

Pinda-olie? Ja

0
toegevoegd
Het toevoegen van extra landingen en opstijgingen aan bestaande routes en brandstofdepots bepaalt bijna het woordprobleem. ehum, what? zou je het kunnen verduidelijken?
toegevoegd de auteur conmulligan, de bron
ah, oké. Er lijkt dus een extra de in die zin te zijn (die voor definieert )
toegevoegd de auteur conmulligan, de bron
Echte straalmotoren worden niet gesmeerd door brandstof. Ze hebben een afzonderlijk oliesysteem dat (in tegenstelling tot zuigermotoren) het hoofddoel is om de lagers te koelen, maar slechts een deel van het doel is om ze te smeren
toegevoegd de auteur Chris V, de bron
@Federico huidige vliegtuigen en routes zijn gebouwd rond het vermogen van het vliegtuig om van punt A naar punt B te komen op zijn eigen brandstoftanks - overschakelen naar brandstof met een lagere energiedichtheid betekent dat je niet langer van A naar B kunt rijden op brandstof van een lijnvliegtuig tanks (of liever de marges voor de route zijn afgenomen, mogelijk voorbij onveilige niveaus). Dit betekent dat je moet gaan nadenken over het wijzigen van de routes zodat het vliegtuig een tankstop halverwege maakt, of je bouwt grotere brandstoftanks in het vliegtuig.
toegevoegd de auteur air, de bron
@Federico Brandstof stopt betekent meer tijd, meer slijtage en meer kosten (u moet afdalen vanaf cruisehoogte, de cabine ontspannen, landen, opstijgen, weer onder druk zetten en weer op hoogte komen), terwijl grotere tanks meer gewicht betekenen om te dragen, wat betekent dat er meer brandstof moet worden verbrand om dezelfde afstanden af ​​te leggen.
toegevoegd de auteur air, de bron