Motorhajt anyagok
Motorhajt anyagok
A kolaj-feldolgoz iparban gyrtott motorhajtanyagok az albbi fbb tpusok szksglett elgtik ki:
Motortpus; Hajtanyag neve
szikragyjts, vagy Ott-motorok; benzin
kompresszigyjts, vagy Diezel-motorok; gzolaj
gzturbink; petrleum
Petrleum
A petrleum gazdasgi jelentsge sokat vltozott az elmlt 100 v alatt. A kolajipar kezdeti idejben a legfontosabb cltermk a petrleum volt, majd jelentsge llandan cskkent, s ma ismt n. Rgebben a petrleum, mint vilgtanyag jtszott nagy szerepet, ma reaktv motorok rszre specilis petrleumot gyrtanak. Mg a vilgt petrleumok mintegy 180 C-tl 300 C-ig forr prlatok, a lkhajtsos petrleum (kerozin) tulajdonkppen tmenetet kpez a nehzbenzin s a petrleum els frakcii kztt.
A kerozin forrsponthatra ltalban 150 s 250 C kztt van. A legfontosabb minsgi paramterei:
Dermeds pont: Az a hmrsklet, amikor a hmrsklet cskkenskor kikristlyosod paraffin sznhidrognek hatsra az zemanyag mozdulatlann dermed. Ilyenkor a folyadkhalmaz-llapot anyag mennyisge elrheti a 95-97%-ot, a nhny szzalkban hossz ts kristlyok formjban kivl paraffin sznhidrognek azonban megakadlyozzk az zemanyag mozgst. 
Zavarosodsi pont: Az a legalacsonyabb hmrsklet, amikor az zemanyagban elszr jelennek meg a kristlyosod paraffin sznhidrognek vagy a vztartalombl szrmaz jgkristlyok. A reaktv zemanyagoknak vzmenteseknek kell lennik, s a vzfelvev kpessgk is csak csekly lehet, minthogy a korszer replgpek a sztratoszfra hatrn replnek. Emiatt a kristlykivls kezdete -60 C alatt kell, hogy legyen. A zavarosodsi hmrsklet mindig magasabb, mint a dermedsi hmrsklet. 
Fontos a klnbz hmrskleteken mri viszkozits s a koromkpzsi hajlam. Mint ismeretes, ezt az zemanyagot getkamrkban getik el nagy mennyisgben, s a kamrbl kilp forr fstgzok hajtjk a gzturbint, illetleg a sugrhajts gpekben az aggregtbl kifjva, a reaktv ervel hajtjk a gpet. Az elgetskor kpzd nagy mennyisg korom dugulsokra vezethet, s ezrt a kormozsi hajlam nagyon fontos. A kormozsi hajlam cskkentse miatt az aromstartalmat korltozni kell. Ugyancsak fontos, hogy a lkhajtsos petrleumokban a korrzira vezet vegyletek (pl. merkaptn) jelenlte minimlis legyen.
Gzolaj
A gzolaj a benzinnl magasabb forrpont sznhidrognek elegye. Forrponthatra ltalban 200 s 360 C kztt van. A gzolajat sok helyen dzelolajnak nevezik. A gzolajjal kapcsolatos fbb kvetelmnyek a kvetkezk:
* szivattyzhatsg: a gzolajat adagol szivattyk szlltjk a porlasztba. Ezrt megfelel viszkozitssal s alacsony dermedsponttal kell rendelkeznie. A dermedspontot a gzolajban lv nagymolekulj paraffin sznhidrognek emelik meg, mivel ezek gyakran mg 0 C felett is kivlhatnak, a szivattyt eltmhetik. A szabvny hidegszrhetsgi hatrhmrskletet r el, amely nyron +5 C, tlen -15 C.
* porlaszthatsg: ebbl a szempontbl lnyeges a gzolaj forrponthatrainak megfelel belltsa.
* kokszosodsi hajlam: a gzolaj nem tartalmazhat magas hmrskleten kokszosodsra hajlamos vegyleteket. A porlasztszjnl lerakdott koksz rontja a porlasztst. A kokszosodsi hajlamot gy mrik, hogy a gzolaj desztillcis prbjnl a 10%-os maradvnyt egy vastgelyben a szksgesnl kevesebb leveg jelenltben termikusan bontjk, s mrik a kokszos maradvny mennyisgt (Conradson szm, m/m%).
* korrzis hats: a gzolajoknl klnsen fontos a korrzit okoz knvegyletek, szervetlen s szerves savak eltvoltsa, mert ezek jelenlte az adagolszivatty gyors tnkremenetelt okozzk, tovbb a gzolaj magas kntartalma lgszennyez kn-dioxid emisszival jr. 
* gyulladsi hajlam: a gzolaj ngyulladsi hajlamra a gzolaj cetnszmnak meghatrozsa ad felvilgostst. Mint ismeretes, a dzelmotorban a kompresszi vgn komprimlt forr leveg van, mert a dzelmotor a szvtemben csak levegt szv be. A komprimlt forr levegbe beporlasztott gzolajnak meg kell gyulladnia. Azt az idt, amely a beporlaszts kezdettl a gyullads kezdetig eltelik, gyjtsi kssnek nevezik. Ha ez a gyjtsi kss nagy, a dzel-kopogs jelensge lp fel. Ez gy kvetkezik be, hogy a nagy gyjtsi kss alatt arnylag sok gzolaj kerl az gsi trbe, ez hirtelen elgve jelents nyoms cscsrtket alakt ki. A nyoms cscsrtkek kopog hangban s hatsfokromlsban nyilvnulnak meg. A dzel-kopogs ugyangy tbb tnyez fggvnye, mint a kopogsos elgs a benzinmotorokban. Szerepet jtszanak a motor konstrukcis viszonyai, az zemeltetsi tnyezk s vgl a gzolaj kmiai sszettele. A motorkonstruktrk igyekeznek a dzel-kopogs jelensgt kikszblni, azaz a gyjtsi ksst lecskkenteni.
A kompresszira val gyullads rtelemszeren ppen ellentte a kompresszitrsnek. Ebbl az kvetkezik, hogy a norml-paraffin-sznhidrognek kedvezek a dzelmotorokban, s az aroms sznhidrognek kedveztlenek. sszelltottak egy gyakorlati sklt a kompresszigyjts ellenrzsre s a gzolajok rtkelsre. Ez a cetnszm-skla, amelynek 0-pontja az ?-metil-naftalin, 100-as pontja  teht kedvezbb rtke  pedig egy n-paraffin-sznhidrogn, a 16 sznatomos cetn.
Ha egy gzolaj cetnszma 45, az azt jelenti, hogy olyan keverknek felel meg a gyulladsi hajlam szempontjbl, amely 45% norml-cetnbl s 55% ?-metil-naftalinbl ll.
Az zemanyagtlt llomsokon azonban csak a benzin oktnszmt ltjuk kirva a gzolaj cetnszmt nem. Ennek az oka, hogy a kolaj atmoszfrikus desztillcijakor kapott gzolaj cetnszm szempontjbl mr megfelel a kvetelmnyeknek. A dzelmotorok tovbb kevsb rzkenyek a cetnszm kismrtk vltozsra, mint a benzines motorok az oktnszm vltozsra. 
Belsgs motorok kros emisszijnak cskkentse kataliztorral
A belsgs motoroknl a robbantrben keletkez gstermkek a krnyezetbe tvoznak s azzal klcsnhatsba lpnek. A legnagyobb mennyisgben keletkez szn-dioxid eltvoltsa technikai okok miatt nem lehetsges, a vzgzt pedig nem tekintjk kros anyagnak. Hrom szennyez anyag, a szn-monoxid, nitrogn-oxid s a sznhidrognek krnyezetnk slyos krosodst okozhatjk annak ellenre, hogy mennyisgk gyakran csak ppm (mg/kg = ppmm vagy cm3/m3 = ppmv) koncentrciban jelentkezik. 
Szablyozatlan kataliztor
A kataliztor nagyfellet kermia hordozra felvitt finom eloszls platina, amelynek mennyisge kb. 3 gramm s 75-80000 km-ig fejti ki hatst.
A kataliztoron thalad fstgzban csak a szn-monoxid s a sznhidrognek oxidldnak szn-dioxidd, illetve szn-dioxidd s vzz. A nitrogn-oxid vltozatlanul halad keresztl. A kn-dioxid viszont a kataliztorban kn-trioxidd oxidldik, amely az atmoszfrba kilpve azonnal knsavkdt kpez, ezrt a motorhajtanyagok kntartalmra vonatkozlag llandan szigorod hatrrtkeket lptetnek letbe.
Szablyozott kataliztor
A kataliztor platina s rdium fm a szn-monoxid s a sznhidrognek oxidcijn kvl a nitrogn-oxid redukcijt is elvgzi 300-350 C-on az albbi egyenletek szerint:
* redukci szn-monoxiddal:		2 NO + 2 CO = N2 + 2 CO2 
* redukci sznhidrognnel		4 NO + CH4 = 2 N2 + 2 H2O + CO2 
* oxidci a leveg oxignjvel 	2 CO + O2 = 2 CO2 
					2 C4H10 + 13 O2 = 8 CO2 + 10 H2O

A szn-monoxid, sznhidrogn s nitrogn-monoxid talaktsi hatsfoknak (konverzijnak) vltozsa a lgfelesleg tnyez fggvnyben
A fenti egyenletekbl az ltszik, hogy a szn-monoxid s sznhidrognek eltvoltsa oxidcit a nitrogn-monoxid eltvoltsa viszont redukcit ignyel. Az oxidcihoz egynl nagyobb lgfelesleg tnyez, mg a redukcihoz egynl kisebb lgfelesleg tnyez szksges. Hogyan lehet ezt a kt egymsnak ellentmond felttelt egyidejleg megvalstani? 
A grbkbl ltszik, hogy az egy krli lgfelesleg tnyeznl n = 0,95-1,05 (ablak tartomny) a hrom folyamat elfogadhat talakulsi hatsfokkal jtszdik le. Ennek az rtknek menetkzben val megtartst segti a lambda-szonda, amely a fstgz oxigntartalmnak fggvnyben szablyozza az zemanyag-leveg keverk arnyt.
Gyorstsnl azonban mindenkppen zemanyagban ds keverk kerl az gstrbe s a kataliztor csak a redukcit tudja megvalstani. Ezen a jelensgen segt a crium-oxid, amely a platinval s palldiummal egytt kerl felvitelre a kermia hordozra. Amikor a motor az ablaktartomnynak megfelel tzelanyaggal mkdik, a crium-oxid oxignt kt meg a fstgzbl. Gyorstskor az oxignszegny fstgzba a megkttt oxignt leadja, ezltal az oxidcis katalzis is vgbemegy.
Alternatv motorhajtanyagok
A benzint s gzolajat helyettest motorhajtanyagok jelenlegi ismereteink szerint a hidrogn, metn, metanol, etanol s a biodzel lehet. Az egyes lehetsges motorhajtanyagok tmegre s trfogatra vonatkoztatott fajlagos entalpia rtkeit az albbi tblzat foglalja ssze.
Hajtanyag	Fajlagos entalpia
	Fajlagos entalpia

hidrogn	142	13
metn	55	40
benzin	48	3,5*104
metanol	23	1,8*104
etanol	29	2,3*104
dzelolaj	44	3,5*104
biodzel	40	3,2*104
Motorhajtanyagok fajlagos entalpia rtkei
A tblzat adataibl a hidrogn kiemelkedik a kJ/kg-ban kifejezett fajlagos entalpia szempontjbl. A trfogatra vonatkoztatott rtk krnyezeti hmrskleten (ezen hmrskleten a hidrogn gz nem cseppfolysthat) azonban mr kevs. Szz atmoszfra nyomson trolva is egy nagysgrenddel kevesebb a trolt energia a benzinhez kpest. A hidrogn ezrt rakta hajtanyagnak tkletes, azonban gpjrmben val felhasznlhatsgt korltozza, hogy csak nyomsll, szigetelt tartlyban tarthat el (jelents tmegnvekeds miatt a fajlagos energiatrols romlik), tovbb esetleges balesetnl nagy erej robbansra lehel szmtani. 
A metnt jelenleg is hasznljk zemanyagknt, azonban krnyezeti hmrskleten a metn is gz, teht nem cseppfolysthat. A metn termszetes elfordulsn kvl elllthat sznbl, s biolgiai ton szerves anyagok (hztartsi, llattart-telepi szennyvz, stb.) oxignmentes erjesztsvel. A propn s a butn mr krnyezeti hmrskleten nyomssal cseppfolysthat, azonban biolgiai ton nagymennyisgben nem llthat el, gy nem tekinthet alternatv zemanyagnak.
A metanol s etanol mindkt mdon kifejezett fajlagos entalpija lnyegesen kzelebb van a benzinhez, gy gretesebb alternatv motorhajtanyagnak tnnek, mint az elzek. Az etanol sznhidrtok erjesztsvel (fermentcijval) is elllthat. A folyamat az alapanyag miatt tulajdonkppen a napenergia hasznostsnak tekinthet.
Etanol, mint motorhajtanyag
Az etanol motorhajtanyagknt val felhasznlsnak elnye, hogy nem fosszilis, hanem megjul energiaforrst hasznostunk gy, hogy a nett szn-dioxid kibocsts kzeltleg nulla.
Glkz nvnyi fotoszintzisbl:		6 CO2 + 6 H2O + fny ? C6H12O6 + 6 O2 
Glkz fermentcija lesztgombkkal:	C6H12O6 ? 2 C2H6O + 2 CO2 + h 
Etanol gse: 				2 C2H6O + 6 O2 ? 4 CO2 + 6 H2O + h 
Az egyenletekbl lthat, hogy 1 ml alapanyag (glkz) ellltsakor a levegbl 6 ml szn-dioxid hasznldik fel. Egy ml glkz fermentcijakor 2 ml szn-dioxid s a kpzdtt 2 ml etanol gsekor 4 ml szn-dioxid, azaz sszesen 6 ml szn-dioxid kerl vissza a lgkrbe. 
Bioetanol gyrts alapanyagai s feldolgozsa
* Cukor (glkz) tartalm biomassza (cukornd, cukorrpa, cukorcirok) kzvetlen fermentcija. 
* Kemnyt tartalm biomassza (kukorica, bza, burgonya) hidrolzise glkzz, majd a glkz fermentcija.
* Cellulz tartalm biomassza (fa, szalma) hidrolzise glkzz erteljes krlmnyek kztt. Jelents mellktermk kpzds. A technolgia ksrleti szakaszban.
Bioetanol gyrts technolgiai lpsei
* Cukortartalm vizes oldat erjesztse, amely jelents vzfelhasznlssal jr s nagymennyisg szerves anyagot tartalmaz vizes oldat kpzdik.
* Etanol desztillcija a vizes oldatbl. A folyamat energiaignyes, a termk 96 tf% vizes etanol.
* Etanol vzmentestse kis energiaigny eljrssal.
* Az ellltott zemanyag jelzse:
* E100 tiszta etanol;
* E85 85 tf% etanol 15 tf% benzin.
Bioetanol tulajdonsgai
* Energiatartalma kevesebb a benzinnl.
* Oktnszma nagyobb: RON 121, MON 97 relis RON 106-108.
* Jelentsen korrzi veszlyesebb, mint a benzin.
* Perecetsav kpzds a hengerben, amely tmadja a hengerfalat.
* Hidegindtsi problma max: E75.
* A benzinnel kevert zemanyag csak tartlykocsiban szllthat a sztelegyeds 	veszlye miatt. 
Bioetanol krnyezetvdelmi vonatkozsai
* Szn-monoxid, sznhidrogn s korom cskkens a fstgzban az zemanyag oxigntartalma miatt.
* j krnyezetszennyez jelenik meg a fstgzban az acetaldehid.
* Nincs kndioxid emisszi!
* sszessgben nem nvekszik az atmoszfra szn-dioxid tartalma.
A bioetanol szleskr elterjesztsvel kapcsolatban azonban hrom fontos krdst kell megvlaszolni. 
A bioetanol gyrts felfutsa milyen hatst gyakorol az lelmiszer rakra? Jelenleg a gyrts alapanyaga kznapi, lelmiszerknt is hasznlt nvnyeken alapul. A megnvekedett keresletnek mindig rfelhajt szerepe van. 
Pozitv vagy negatv a bioetanol gyrts energiamrlege? Egysgnyi bioetanol ellltsakor tbb vagy kevesebb energit hasznlunk fel, mint amennyit nyerhetnk belle. Erre vonatkozlag 2013 krnykn, mg nincs egysges llspont a szakirodalomban.
Mennyi fosszilis energia vlthat ki? Viszonylag egyszer szmolssal megllapthat, hogy ha Magyarorszgon ki akarnnk vltani a teljes benzin felhasznlst kukoricbl gyrtott bioetanollal, az ehhez szksges terleti igny hrom ves vetsforgval szmolva kb. az orszg terletnek a harmada.
Biodzel, mint motorhajtanyag
A biodzel motorhajtanyagknt val felhasznlsnak elnye ugyanaz, mint az etanol, nem fosszilis, hanem megjul energiaforrst hasznostunk. Az alapanyagknt felhasznlt nvnyi olaj szntartalmt a nvny az atmoszfra szntartalmbl lltja el, elgetskor, pedig ez a szntartalom szintn szn-dioxid formjban kerl vissza a lgtrbe. 
Biodzel gyrts alapanyagai
* Brmilyen olajtartalm mag: repce, napraforg, szja stb.
* Hasznlt nvnyi olaj, zsiradk.
Biodzel gyrts technolgija
* Olaj kinyerse mechanikai ton sajtolssal trtnik, mellktermkknt rtkes llati takarmny az olajpogcsa kpzdik. A dzelmotor ignytelensge miatt az gy nyert olajjal is elmenne, de csak nyron, mivel tlen kifagyna.
* Az olaj tszterezse. A nvnyi olajok, zsrok kmiailag azonos szerkezet molekulk: zsrsavak glicerinnel alkotott szterei. Az tszterezs sorn a zsrsavakrl levlasztjuk a glicerint s a szabad zsrsavakat etanollal vagy metanollal jra szterezzk. A biodzel teht zsrsavak etil- vagy metilszterei.
Zsrok olajok talaktsa biodzel motorhajtanyagg
A zsrsavszter (biodzel) sarkkrktl tvol mr tlen sem fog kifagyni. A gyrts mellktermke a glicerin, amelynek gazdasgos hasznostsa mg vrat magra. Jelents oxign tartalma miatt ftrtke alacsony. 
* Az ellltott zemanyag jelzse:
* B100 tiszta biodzel
* B99  99% biodzel 1% gzolaj
Biodzel tulajdonsgai
* 9%-kal kisebb energiatartalom.
* Kivl kenkpessg a hengerben.
* Kntartalma < 0,01 % kisebb, mint a gzolaj.
* Biolgiailag bonthat, de ez htrny is lehet a trolskor. 
* Gzolajjal keverhet, ez megvdi a bakterilis bontstl, pl. B99.
* Vzzel nem elegyedik.
* Zavarosodsi pont -10 C s + 16 C kztt (zsrsavaktl fgg).
* Gumibl kszlt alkatrszeket megtmadja.
* Magashegyi utakon kivl, oxigntartalma miatt nagyobb teljestmnyre kpes.
Biodzel krnyezetvdelmi vonatkozsai
* Szn-monoxid, sznhidrogn s korom cskkens a fstgzban az zemanyag oxigntartalma miatt.
* j krnyezetszennyez jelenik meg a fstgz intenzv lngosst szaga.
* Cskkent kndioxid emisszi a gzolajhoz kpest!
* sszessgben nem nvekszik az atmoszfra szn-dioxid tartalma.
A biodzel szleskr elterjesztsvel kapcsolatban azonban ugyanazt a hrom fontos krdst kell megvlaszolni, mint a bioetanol esetben. 
A biodzel gyrts felfutsa milyen hatst gyakorol az lelmiszer rakra? Jelenleg a gyrts alapanyaga kznapi, lelmiszerknt is hasznlt nvnyeken alapul. A megnvekedett keresletnek mindig rfelhajt szerepe van. Ugyanakkor vannak olyan olajtartalm nvnyek, amelyek nem hasznlhatk lelmiszerknt pl. jatrpa, alga. 
Pozitv vagy negatv a bioetanol gyrts energiamrlege? Egysgnyi biodzel ellltsakor tbb vagy kevesebb energit hasznlunk fel, mint amennyit nyerhetnk belle. Az elllts kisebb energiaignye miatt az energiamrleg inkbb pozitv.
Mennyi fosszilis energia vlthat ki? Viszonylag egyszer szmolssal megllapthat, hogy ha Magyarorszgon ki akarnnk vltani a teljes gzolaj felhasznlst repcn alapul biodzellel, az ehhez szksges terleti igny hrom ves vetsforgval szmolva krlbell megegyezik az orszg teljes terletvel. 
