Cristais nano-projetados oferecem uma alternativa às partículas metálicas nos combustíveis

© Ansgar Hiller

O uso de cristais de nanotecnologia em vez de partículas metálicas nos combustíveis pode abrir a porta para a próxima geração de combustíveis para transporte

Há muito se sabe que as partículas metálicas melhoram as qualidades de combustão de combustíveis padrão, como gasolina e diesel, mas os fabricantes de veículos proíbem seu uso por causa de preocupações de que seu uso a longo prazo possa ser prejudicial aos motores.

Aditivos de combustível e a história de máquinas destruídas

Isso remonta à crise do petróleo de 1973, onde muitos países ocidentais sofreram com a grave escassez de combustível, resultando em proprietários de veículos que recorreram a medidas desesperadas para manter seus veículos funcionando. Todos os tipos de aditivos de combustível foram usados ​​na tentativa de compensar a escassez de combustível e muitas dessas soluções danificaram os motores sem possibilidade de reparo. Inundados por uma enxurrada de reclamações de garantia de motores, os fabricantes de motores introduziram novas condições em suas garantias, proibindo uma ampla gama de aditivos de combustível, um dos quais eram partículas metálicas.

Esses eventos também viram a introdução do primeiro padrão mundial de economia de combustível e emissão, que foi aprovado pelo Congresso dos Estados Unidos em 1975. Isso forneceu a base para a padronização da qualidade do combustível, que foi designado como ASTM D975 para combustíveis diesel. Os padrões ASTM D975 foram continuamente sujeitos a melhorias ao longo dos anos e atualmente estão em seus 18º revisão ~ ASTM D975-18a.

Na Europa, um padrão de qualidade de combustível mais rigoroso foi introduzido pela UE em 1993, conhecido como EN590. Este também passou por várias atualizações e atualmente está em seuº revisão referida como EN590 2014, estando prevista uma nova norma com a introdução de motores Euro 7 nos próximos anos.

A combinação de economia de combustível e padrões de emissão com padrões de qualidade de combustível fornece aos fabricantes de motores e produtores de combustível uma base para trabalhar independentemente uns dos outros, mas garante que seus produtos se complementem. Os avanços na qualidade do combustível progrediram ao longo das décadas, em linha com as melhorias no design do motor, os quais têm um objetivo comum – melhor eficiência de combustível e emissões reduzidas.

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O problema da “combustão incompleta”

No entanto, independentemente das melhorias no design do motor, todos os motores internos sofrem de uma limitação física; esta limitação é conhecida como “combustão incompleta”, o que significa que nunca há oxigênio suficiente para queimar todo o combustível durante o processo de combustão do motor. O combustível não queimado ou parcialmente queimado que permanece quando o oxigênio se esgota é o que todos nós conhecemos como “emissões”. São uma combinação de partículas sólidas, como partículas de hidrocarbonetos (PM 2,5) e gases, como dióxido de carbono, monóxido de carbono e óxidos nitrosos.

A criação de oxigênio adicional durante o processo de combustão converteria mais combustível em energia, melhorando a eficiência do combustível, reduzindo assim as sobras ou resíduos, que constituem a maior parte do que compõe as emissões.

Por muitas décadas, comprovou-se que o óxido de zinco melhora a eficiência do combustível e reduz as emissões. Na maioria dos casos, o limite de melhorias na eficiência de combustível tem sido em torno de 5%, devido a um equilíbrio necessário entre partículas pequenas o suficiente para passar pelos filtros de combustível e partículas grandes o suficiente para sobreviver por tempo suficiente durante o processo de combustão para fornecer uma superfície catalítica que cria oxigênio adicional.

Então, por que o óxido de zinco não está sendo usado?

No entanto, ninguém pode se beneficiar dessa melhoria de 5% na eficiência de combustível porque o óxido de zinco, mesmo sendo um composto mineral, é considerado pelos fabricantes de motores como um metal e, portanto, proibido de ser utilizado como combustível, pois também está comprovado que entope os injetores de combustível, o que reduz eficiência de combustível a longo prazo e inútil em termos de melhorias de eficiência de combustível; até agora.

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Os avanços na nanoengenharia e na sonoquímica resultaram em um avanço que fornece os meios para produzir combustíveis de próxima geração supereficientes e de baixa emissão, o que reduzirá drasticamente a demanda por combustíveis fósseis durante nossa transição para longe deles.

Uma equipe de cientistas nos EUA, cada um considerado líder em seus respectivos campos de especialização, combinou seu conhecimento em combustíveis fósseis, nanoengenharia, sonoquímica e ciência de materiais para chegar a uma solução que atenda tanto à certificação de combustível quanto aos padrões do fabricante do motor.

O que é sonicação e como funciona?

Sonicação é o ato de aplicar som à matéria para agitar partículas, com uma variedade de resultados possíveis. Para explicar, todos os corpos de matéria sólida têm sua própria frequência ressonante e direcionar essa frequência para essa matéria sólida pode agitar e fragmentar ou manipular. É simplesmente uma questão de direcionar a freqüência correta com a intensidade correta, pelo período de tempo correto, sob as condições corretas. É certo que existem muitas variáveis, o que significa que há quase um número infinito de combinações possíveis necessárias para determinar a frequência de ressonância de qualquer corpo de matéria sólida, mas, em teoria, as células cancerosas no corpo humano poderiam ser destruídas usando som, muito em do jeito que as pedras nos rins podem ser.

Para descrever sua solução em termos mais simples, os cristais são formados pela condensação de um gás, que então são cortados em esferas perfeitas de 20 nanômetros de diâmetro usando ondas sonoras. Para referência, existem 10 milhões de nanômetros em 1 cm, então uma esfera de 20 nanômetros não é visível ao olho humano. Essas minúsculas partículas não podem ser adicionadas diretamente aos combustíveis, por isso usam aditivos de combustível amplamente disponíveis, usados ​​para limpar injetores de combustível e melhorar a eficiência da combustão, para atuar como um transportador.

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Este produto é adicionado aos combustíveis em pequenas quantidades (1 parte de nanopartículas, 3.200.000 partes de combustível) e os resultados são surpreendentes. Testes em grande escala ocorreram em todo o mundo, incluindo usinas de energia, trens, caminhões, ônibus, carros, tratores, cortadores de grama, navios, geradores e máquinas pesadas e em todos os casos a melhoria na eficiência de combustível ultrapassou 15%, o que é inovador nele mesmo.

O que isso pode significar para o futuro?

Com essas melhorias significativas na eficiência de combustível, as economias resultantes nos custos de combustível de saída para operadores de frotas excedem em muito o custo do produto e com uma queda tão grande no consumo de combustível vem uma redução significativa nas emissões também, com óxidos nitrosos sendo reduzidos em cerca de 85 %, PM 2,5 reduzido em 60% e CO2 reduzido em linha com melhorias de eficiência de combustível. Por contexto, 200 ônibus no centro de Londres usaram o produto por 6 meses e melhoraram sua eficiência de combustível em 26%, o que se traduz em uma economia anual de £ 9 milhões em sua frota de 1.600 ônibus.

Ao falar com a operação comercial que lidera o lançamento deste produto na Europa, seu porta-voz confirmou que, embora COVID-19 tenha atingido seu progresso separadamente, eles estão atualmente trabalhando com alguns dos maiores emissores de CO2 do mundo, governos nacionais e produtores de combustível e Esperamos plenamente uma implantação em grande escala em escala global, uma vez que a crise COVID-19 tenha passado.

A nanociência está resolvendo muitos problemas anteriormente insolúveis e esse avanço poderia desempenhar um papel significativo em nossas tentativas de atingir as metas de zero líquido de 2050 do Reino Unido.

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