Liikennebiopolttoaineet Bioetanolin tuotanto ja käyttö

Esitys aiheesta: "Liikennebiopolttoaineet Bioetanolin tuotanto ja käyttö"— Esityksen transkriptio:

1 Liikennebiopolttoaineet Bioetanolin tuotanto ja käyttö
Esko Tiainen Pohjois-Karjalan Ammattikorkeakoulu Liiketalouden ja tekniikan keskus

2 Tavoitteet: Opiskelija osaa etanolin valmistuksen uusiutuvista raaka-aineista. Hän tuntee keskeisimmät raaka-aineet ja tuntee käymisprosessin sivutuotteiden käyttömahdollisuudet.

3 Sisältö: Raaka-aineet tärkkelys, selluloosa, sokerit
Sisältö: Raaka-aineet tärkkelys, selluloosa, sokerit raaka-ainetuotannon suoraviivaistaminen Lignoselluloosalähteiden esikäsittelyt Etanolin tuotanto hydrolyysi, entsyymit ja niiden toiminta käymisreaktio tislausprosessi puhdistusprosessit ja puhtauden analysointi, Etanolin käyttö liikennepolttoaineena tuotteen energiasisältö ajoneuvotekniikka Etanolin tuotannon kannattavuus, verotus sekä tuotantoon ja käyttöön liittyvä lainsäädäntö. Laboratorioharjoitukset

4 laskuharjoitukset ja – tehtävät 20 %
Opetusjärjestelyt: teoriaopetus 50 % laskuharjoitukset ja – tehtävät 20 % laboratoriotyöt 30 %. Laboratoriotöinä demonstroidaan tärkkelyksen hydrolyysi ja käyminen, etanolin tislaus, väkevöittäminen.

5 Aineet, jotka eivät saa joutua kosketuksiin toistensa kanssa.
Varoitusmerkit Aineet, jotka eivät saa joutua kosketuksiin toistensa kanssa.

6 Bioetanolin raaka-aineet

7 Bioetanolin raaka-aineet
Ohra Etanolin jatkuvatoiminen tuotantoprosessi lähtee liikkeelle ohran käsittelystä ohratärkkelykseksi. Ensimmäiseksi ohra jauhetaan ja siitä erotetaan kuoriosa eli lese.

8 Ohra Tämän jälkeen jauho lietetään veteen ja lietteestä erotetaan seulomalla kuidut, jotka kuivataan ohrarehuksi ja jäljelle jäävästä tärkkelys-proteiinilietteestä separoidaan proteiinit. Saatu tärkkelys jaetaan isojyväisempiin A-, ja pienijyväisempiin B-tärkkelysjakeisiin, joista jälkimmäinen käytetään etanolin valmistukseen

9 Ohra B-tärkkelysjakeeseen lisätään pieni määrä alfa-amylaasientsyymiä, joka estää jähmettymisen tuotantoprosessissa. Seos pumpataan esilämmittimen kautta keittimeen, missä viljan tärkkelys hydrolysoidaan eli liisteröidään kuumentamalla. Seuraavaksi lisätään amyloglukosidaasientsyymiä, joka muuttaa tärkkelyksen sokeriksi puolen tunnin reaktiossa lämpötilassa 60 °C.

10 Ohra näin saatu seos eli mäski jäähdytetään käymislämpötilaan ja pumpataan käymissäiliöön mäskiin lisätään hiivaa ja sitä käytetään 30 °C lämpötilassa, Tämän jälkeen siinä olevat 8-10 % alkoholia otetaan talteen tislauksella.

11 Ohra Esilämmitetty mäski syötetään mäskikolonniin, josta alkoholi johdetaan noin 30-prosenttisena höyrynä vahvistuskolonniin, jonka yläpäästä erotetaan 92–94-prosenttinen raaka viljaväkiviina. Raakatisle pumpataan jatkokäsittelyyn, jossa setislataan puhtaaksi viljaväkiviinaksi kolmessa kolonnissa kuvan esittämän prosessin mukaisesti.

12 Ohra Bioetanolia voidaan valmista myös muista viljoista, kuten vehnästä ja kaurasta, joiden tuotantoprosessi on varsin samankaltainen. Muita käytettyjä raaka-aineita ovat esimerkiksi juurekset ja hedelmät.

13 Peruna Perunatärkkelyksen valmistus on helpompaa kuin viljapohjaisten tärkkelysten valmistus. Valmistusprosessissa perunan soluseinämät murskataan suspensioksi, joka sisältää lisäksi soluseinämien jäännökset ja solunesteen. Perunatärkkelys otetaan talteen seulonta-, pesu- ja kuivausvaiheiden avulla ja muunnetaan etanoliksi samanlaisten välivaiheiden avulla kuin ohrasta valmistettaessa.

14 Bioetanolin valmistus biomassasta
Bioetanolia on periaatteessa erittäin helppo valmistaa selluloosaa ja hemiselluloosaa sisältävistä raaka-aineista, kuten hakkeesta, oljista tai biojätteestä. Valmistus käynnistyy raaka-aineen murskauksella, minkä jälkeen sekä selluloosa että hemiselluloosa pilkotaan hydrolyysin avulla sokeriksi. Saatu sokeri käytetään etanoliksi.

15 Bioetanolin valmistus biomassasta
Ongelmia aiheuttavat kuitenkin selluloosan ja hemiselluloosan kiteinen rakenne, sekä niitä suojaava ligniini. Selluloosan ja hemiselluloosan rakenteet ovat erittäin kestävä ja siksi niiden pilkkomiseen tarvitaan vaativat reaktio-olosuhteet.

16

17 Potential simplified technology
CROPS Sugar cane Corn Sugar cane juice or molasses Fermentation Distilation Enzymatic Hydrolysis Fermentation Steam cocker Correlarch Distillation Cellulose + lignin LIGNOCELLULOSE Current model technology Potential simplified technology Washing Cellulose + Cellulases Fermentation Dilute acid hydrolysis Liquid/solid separation Lignocellulose Hermicellulose syryp Distillation Hemicellulose Detox Hermicellulose Fermentation Cellulose + cellulases Hemicellulose Syrup Fermentation Dilute acid hydrolysis Lignocellulose Distillation (Adapted from Ingram et al. 1999)

18 Rikkihappoprosessi Selluloosa ja hemiselluloosa voidaan pilkkoa vesihöyryn ja rikkihapon avulla. Tämä tapahtuu kaksivaiheisessa prosessissa. Ensimmäisessä vaiheessa esimerkiksi hake viedään jatkuvatoimiseen reaktoriin, jossa hakkeen lämpötila nostetaan höyryn avulla 180 ºC:een. Tämä vaihe kestää noin 8 minuuttia ja sen aikana 60 prosenttia hemiselluloosasta hydrolysoituu.

19 Rikkihappoprosessi Seuraavaksi hake siirretään toiseen reaktoriin, jossa sen lämpötila nostetaan 225 ºC:een ja sekaan lisätään väkevää rikkihappoa. Toisessa vaiheessa kaikki jäljellä oleva hemiselluloosa hydrolysoituu, sekä ajasta riippuen 60–100 prosenttia selluloosasta.

20 Rikkihappoprosessi Prosessin hyödyntäminen on ongelmallista huonon hyötysuhteen ja rikkihapon takia. Prosessin kuluessa nimittäin ⅔ selluloosasta häviää hiilidioksidina, vaikka reaktorit saataisiin toimimaan 100 prosentin höytysuhteella. Rikkihapon käyttö vaatii monia erikoisjärjestelyjä, jotka nostavat prosessin hintaa. Happo muun muassa syövyttää reaktoreita, vaatii korkean lämpötilan ja se täytyy kierrättää.

21 Entsyymiprosessi Selluloosa ja hemiselluloosa voitaisiin myös pilkkoa entsyymien avulla. Prosessi olisi muuten samanlainen kuin rikkihappoa käytettäessä, mutta toisessa vaiheessa käytetty väkevä rikkihappo korvattaisiin entsyymeillä. Tämä helpottaisi prosessin teollista hyödyntämistä poistamalla rikkihapon aiheuttamat ongelmat.

22 Entsyymiprosessi Entsyymejä käytettäessä prosessin lämpötilaa pystyttäisiin laskemaan ja prosessin kustannukset laskisivat, kun happoa ei enää tarvitsisi kierrättää ja reaktorit pystyttäisiin valmistamaan edullisemmista materiaaleista. Ongelmana on entsyymien korkea hinta, ja se että niiden kierrättäminen on hankalaa. Tulevaisuudessa entsyymien hinta tulee luultavasti laskemaan huomattavasti, jolloin tämän prosessin käyttö saattaa muuttua kannattavaksi vaihtoehdoksi.

23

24 Lignoselluloosan osat: Ligniini
Ligniinillä ei ole selkeää kemiallista rakennetta. Se sisältää monimutkaisia polymeerejä: p-kumaryylialkoholi, koniferyylialkoholi ja sinapyylialkoholi. Kaikkein vaikeimmin hydrolysoituva (hydrolyysi= hajoaminen tuottaen vettä), jota ei saada hajotettua vaan erotetaan ja poltetaan prosesseissa. Aiheuttaa esim. puun ja oljen kellertävän värin.

25

26 Lignoselluloosan osat: Selluloosa
Lineaarinen polysakkaridi, joka koostuu C6H10O5 –yksiköistä. Muodostaa vetysidoksia naapurimolekyylien kanssa, mikä antaa hyvän lujuuden materiaalille Selluloosan hydrolysoituessa C6H10O5 -yksiköt hajoavat glukoosiksi.

27

28 Lignoselluloosan osat: Hemiselluloosa
Ryhmä, johon kuuluu useita erilaisia heteropolysakkarideja. Rakenneyksiköítä ovat mm. heksoosit (glukoosi, mannoosi, galaktoosi), pentoosit (ksyloosi, arabinoosi) ja deoksiheksoosit (ramnoosi, fukoosi) On helpoimmin hajoava yhdiste.

29

30

31 Miksi etanolia lignoselluloosasta?
Perinteisen etanolin raaka-aine soveltuu ihmisravinnoksi. hinta? Lignoselluloosaa saatavilla sekä metsä- että peltobiomassoista. Suomessa lignosellua tuottavat viljelykasvit satoisampia ja viljelyvarmempia.

32 Mahdollisuus käyttää hyödyntämättä jääviä sivuvirtoja.
Pohjoisessa havupuut ovat merkittävä lignoselluloosan lähde Muita lähteitä ovat maa- ja metsätalousjäte, yhdyskuntajäte sekä teollisuusjäte. Peltoviljeltyjen rehujen raakakuitu on pääasiassa lignoselluloosaa.

33 Hemiselluloosan koostumus eri lähteistä

34 Etanolin tuotannon kannattavuus

35 Etanolin tuotannon kannattavuus
Huomataan, että nykyisillä energian hinnoilla tuotanto ei vielä kannata Jos energiasaantoa voidaan parantaa, kannattavuus on mahdollista Hinnassa huomioitava, että etanolin lämpöarvo on vain noin 50% bensiinin arvosta Raaka-aine ja entsyymikustannus aiheuttavat 80% kustannuksista

36 Käymisreaktio

37 Käymisreaktio

38 Käymisreaktio Esim. Hiivan vaikutuksesta sokeri C6H12O6 käy vesiliuoksessa etanoliksi C2H5OH, jolloin syntyy myös hiilidioksidia CO2. a) Kirjoita reaktioyhtälö. b) Kuinka paljon syntyy etanolia liuokseen, jos 1 kg sokeria muuttuisi täydellisesti etanoliksi?

39 Käymisreaktio Ratkaisu. a) Kirjoitetaan lähtöaineet ja tuotteet:
C6H12O6  C2H5OH + CO2 Määritetään kertoimet siten, että molemmilla puolilla on yhtä paljon kunkin alkuaineen atomeja: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 b) M(C6H12O6) = 180,18 g/mol n(C6H12O6) = m(C6H12O6) / M(C6H12O6) = 1000g / 180,18g/mol = 5,55 mol

40 Käymisreaktio Reaktioyhtälöstä nähdään, että jokaista sokerimoolia kohden syntyy 2 moolia etanolia! n(C2H5OH) = 2*n(C6H12O6) = 2*5,55 mol = 11,1 mol m(C2H5OH) = n(C2H5OH)*M(C2H5OH) = 11,1 mol*46g/mol = 511g

41 Käymisreaktion edellytyksiä
Käytetään sopivaa hiivaa. Käymisliuoksen sokeripitoisuus on alle 15 % ja loppualkoholipitoisuus alle 20 %. Liuoksessa on hiivan ravinteita, NH4+, K+, PO43-, Mg2+

42 Liuoksen lämpötila on n. 30 ºC.
Liuoksessa ei ole hiivamyrkkyjä. Raaka-aineena tärkkelystä tai jätesokeria (sokeriteollisuuden melassia tai sulfiittiselluloosakeiton jäteliuosta).

43 Etanolin valmistuksen päävaiheet
Tärkkelyksen erotus ja liisteröinti. Tärkkelysliisterin sokerointi. Käymisprosessi ja tislaus. Puhdistus ja denaturointi.

44 Liisteröinti Tärkkelys on kasvisolujen sisällä.
Solut rikotaan ja hajotetaan tärkkelysmuotoon. Kuumennetaan ”mäskiä” - tärkkelysjyväset turpoavat eli liisteröityvät. Tapahtuu 55 – 75 ºC:ssa tärkkelyksen alkuperästä riippuen.

45 Liuos on vaikeasti pumpattavaa pitkien tärkkelysketjujen vuoksi.
Lisätään tärkkelysketjuja pilkkova alfa-amylaasientsyymi tekee seoksen helposti juoksevaksi.

46 Entsyymien vaikutuskohdat

47 Keitto ja sokeroittaminen
Nesteytynyt mäski lämpökäsitellään A) painekeitolla korkeassa lämpötilassa B) alle 100 °C:ssa haudutuskeitolla, Tärkkelysjyväset hajoavat lämmön ja nesteytysentsyymin vaikutuksesta lyhyiksi sokeriketjuiksi.

48 Jäähdytetään n. 60 °C:een. Lisätään sokeroittamisentsyymi eli glukoamylaasi, Hajottaa lyhyet sokeriketjut glukoosiksi eli rypälesokeriksi. Pumpataan käymissäiliöihin jäähdytettynä 30 °C:een.

49 Käyttäminen Hiiva lisätään käymissäiliöön
Glukoosi hajoaa etanoliksi ja hiilidioksidiksi. Heksoosimolekyylistä saadaan kaksi molekyyliä etanolia ja kaksi molekyyliä hiilidioksidia, CO2. Kokonaisreaktio on eksoterminen. 100 kg:sta tärkkelystä saadaan teoriassa 56,8 kg = 71,54 l alkoholia

50 Käyttäminen Käymisen saantoon vaikuttavat raaka-aineet, puhtaus (steriiliys), lämpötila ja pH. Lämpötila pidetään käymisen aikana n. 30 °C:ssa. Käyminen jakaantuu kolmeen päävaiheeseen: Alkukäyminen eli hiivan kasvuvaihe Pääkäyminen Jälkikäyminen

51 Käyttäminen Alkukäyminen eli hiivan kasvuvaihe kestää noin vuorokauden. Syntyvän hiilidioksidin vaikutuksesta mäski sekoittuu itsestään. hiivanmuodostus lakkaa kun alkoholipitoisuus on n %.

52 Käyttäminen Pääkäyminen kestää 15 - 20 tuntia.
alkoholin muodostuminen tapahtuu nopeasti. voimakas hiilidioksidin kehittyminen mäskin tiheys pienenee

53 Käyttäminen Jälkikäyminen kestää 30 - 40 tuntia
Kun sokeripitoisuus on alle 1 %, n. 8 % alkoholia sisältävä mäski tislataan

54 Prosessin kokonaisuudessaan

55 Tislaus Vaiheet: raakatislaus, puhdistustislaus ja absolutointi
Mäskikolonnissa: Mäski johdetaan esilämmittimen kautta kolonnin yläosaan mäski valuu kiehutuspohjalta toiselle, jolloin siitä tislautuu alkoholia ja vettä.

56 Tislaus pohjasta saatava rankki pumpataan välisäiliön kautta rankin kuivaamoon yläosasta johdetaan alkoholia ja vettä sisältävä höyry väkevöimiskolonnin alaosaan. Väkevöimiskolonnissa: huipusta tislautuva n. 94 -p-%:inen raaka etanoli johdetaan kolonnin lauhduttimista säiliöihin tai suoraan puhdistustislaukseen.

57 Absolutointi Rankin käsittely Molekyyliseulat, kuivausaineet
Voidaan myydä sellaisenaan naudan rehuksi. Suurin osa rankista käsitellään ensin erotuslaitteilla, jolloin saadaan sakkaosa erilleen.

58 Sakaton rankkivesi tiivistetään haihduttamalla % kuiva-ainetta sisältäväksi rankkitiivisteeksi tiivistemarkkinoida sellaisenaan tai kuivata kuitujakeen kanssa.

59 Tuotteen erottaminen ja puhdistaminen
Suodatus ja tislaus kiinteät jakeet suodatetaan tislauksella erotetaan suurin osa vedestä veden ja etanolin atseotrooppi: 96:4 tislauksella ei saada puhtaammaksi!

60 Tislauksen teoriaa Seoksesta haihtuu aina helpoimmin haihtuvia komponentteja, myös vettä ja etanolia. Höyrystymisessä ja tiivistymisessä komponenttien seossuhde erilainen. Kun toistetaan tislausta useaan kertaan saadaan puhtaampi tuote.

61 Tislauksen teoriaa Jos aineet eivät tee atseotrooppia, jokainen toisto puhdistaa lisää Jos komponentit muodostavat atseotroopin, toisto ei enää paranna puhtautta Kolonnissa tislaus tapahtuu useita kertoja yhdellä kuumennuksella.

62

63

64 Molekyyliseula Polymeerikalvo tai huokoinen mineraali jonka huokosten läpi mahtuu vesimolekyyli, mutta ei etanolimolekyyli. Voidaan käyttää kuivausaineen tapaan antamalla vaikuttaa liuoksessa ja suodattamalla. Tai johtamalla liuos paineella kalvoa vasten, jolloin vesi tihkuu läpi

65 Kuivaus Poistetaan sitä vettä, jota ei saada tislaamalla erilleen.
Hygroskooppiset suolat absorboivat vettä kidevedekseen Suola suodatetaan erilleen ja vesi haihdutetaan, voidaan käyttää uudelleen

66 Reaktiivinen kuivaus Kuivauskemikaali (kalsiumoksidi) reagoi veden kanssa Muodostunut suola suodatetaan alkoholista erilleen Kalsiumhydroksidi voidaan hajottaa takaisin kalsiumoksidiksi kuumentamalla

67 Atseotrooppinen kuivaus
lisätään seokseen kolmas aine, joka muodostaa atseotroopin veden tai veden ja etanolin kanssa tislataan, jolloin vesi poistuu atseotroopin mukana, puhdas etanoli jää jäljelle Trikloorietyleeni-vesi-etanoli-atseotrooppi, kp alemmassa lämpötilassa kuin puhdas etanoli

68 Puhtaus puhtaus analysoidaan mm. mittaamalla tuotteen taitekerroin
tiheys

69

70 Pitoisuus Tiheys Taitekerroin (massa-%) (g/cm3) 0,50 0,9973 1,3333
15,00 0,9752 1,3432 56,00 0,9004 1,3630 1,00 0,9963 1,3336 16,00 0,9739 1,3440 58,00 0,8958 1,3634 1,50 0,9954 1,3339 17,00 0,9726 1,3447 60,00 0,8911 1,3638 2,00 0,9945 1,3342 18,00 0,9713 1,3455 62,00 0,8865 1,3641 2,50 0,9936 1,3345 19,00 0,9700 1,3462 64,00 0,8818 1,3644 3,00 0,9927 1,3348 20,00 0,9687 1,3469 66,00 0,8771 1,3647 3,50 0,9918 1,3351 22,00 0,9660 1,3484 68,00 0,8724 1,3650 4,00 0,9910 1,3354 24,00 0,9632 1,3498 70,00 0,8676 1,3652 4,50 0,9902 1,3357 26,00 0,9602 1,3511 72,00 0,8629 1,3654 5,00 0,9893 1,3360 28,00 0,9571 1,3524 74,00 0,8581 1,3655 5,50 0,9885 1,3364 30,00 0,9539 1,3535 76,00 0,8533 1,3657 6,00 0,9878 1,3367 32,00 0,9504 1,3546 78,00 0,8485 6,50 0,9870 1,3370 34,00 0,9468 1,3557 80,00 0,8436 1,3658 7,00 0,9862 1,3374 36,00 0,9431 1,3566 82,00 0,8387 7,50 0,9855 1,3377 38,00 0,9392 1,3575 84,00 0,8335 1,3656 8,00 0,9847 1,3381 40,00 0,9352 1,3583 86,00 0,8284 8,50 0,9840 1,3384 42,00 0,9311 1,3590 88,00 0,8232 1,3653 9,00 0,9833 1,3388 44,00 0,9269 1,3598 90,00 0,8180 9,50 0,9826 1,3392 46,00 0,9227 1,3604 92,00 0,8125 1,3646 10,00 0,9819 1,3395 48,00 0,9183 1,3610 94,00 0,8070 1,3642 11,00 0,9805 1,3403 50,00 0,9139 1,3616 96,00 0,8013 1,3636 12,00 0,9792 1,3410 52,00 0,9095 1,3621 98,00 0,7954 13,00 0,9778 1,3417 54,00 0,9049 1,3626 100,00 0,7893 1,3614 14,00 0,9765 1,3425

71 Denaturointi laki edellyttää tuotteen denaturointia
useita denaturointiaineita, valitaan tuotteen käyttökohteen mukaan polttoaine denaturoidaan bensiinillä

72 Luvat ja kontrolli Väkiviinan valmistaminen luvanvaraista
Luvan myöntää sosiaali- ja terveydenhuollon tuotevalvontakeskus, STTV  sttv.fi Lupaehdoissa määrätään mm. miten tuotannosta on pidettävä kirjaa Luvan myöntäjällä tarkastusoikeus

73 Reaktiolämpö Kemialliseen reaktioon liittyy yleensä lämpöilmiöitä. (Palaminen, liukeneminen, faasinmuutokset) Voidaan ajatella, että reaktiolla on tietty ”lämpösisältö” entalpia H. Energian yksikkönä kilojoule, kJ.

74 Reaktiolämpö Lämpösisältö pienenee lämpöä vapautuvassa reaktiossa (eksoterminen reaktio) ja kasvaa lämpöä sitovassa reaktiossa (endoterminen reaktio). Reaktiolämpö on tuoteaineiden ja lähtöaineiden entalpioiden erotus ΔH. Vapautunut tai sitoutunut lämpömäärä voidaan ilmoittaa reaktioyhtälön yhteydessä.

75 Esim1. Eli Esim2. +390 kJ vapautuu energiaa ympäristöön.
ΔH = -390kJ eksoterminen Eli -178 kJ sitoutuu energiaa ympäristöstä. ΔH = +178kJ endoterminen Esim2.

76 Reaktiolämpö lasketaan aineiden energiasisällön ts
Reaktiolämpö lasketaan aineiden energiasisällön ts. perusmuodostumislämmön ΔHf avulla (taulukkokirja). ts. tuotteiden energia-lähtöaineiden energia…

77 ΔH = -572 kJ (2 moolista vetyä.)
2 moolista eli n. 4g vetyä vapautuu palamisessa n. 572 kJ energiaa lämpönä. Laske bioetanolista saatava energia. Esim. Vedyn palaminen

78 Palaminen Palamisessa polttoaineen sisältämät alkuaineet ja molekyylit reagoivat hapen kanssa, jolloin kemiallinen energia muuttuu lämpöenergiaksi. Palaminen etenee ketjureaktiona, jossa vapaat radikaalit katkovat polttoainemolekyylien kovalenttisia sidoksia tuottaen lisää radikaaleja.

79 Palaminen Happi on yleensä peräisin ilmasta n. O2 21 til-% ja N2 79 til-%. Polttoaineen palamisessa vapautuvaa lämpömäärää kutsutaan lämpöarvoksi. Tehollinen lämpöarvo huomioi veden vesihöyrynä. Ennen täydellistä palamista lähes kaikki palava aines muuntuu kaasufaasiin sekä pyrolyysin, että kaasutusreaktioiden kautta. (kuumennus ilman happea).

80

81 Taulukko 1. Tavallisempien polttoaineiden likimääräisiä lämpöarvoja
Tehollinen hyötylämpöarvo (MJ/kg) Vety 120 Metaani 50 Asetyleeni 48 Hiili 34 Kivihiili 27 Bensiinit 44 Kevyt polttoöljy 43 Raskas polttoöljy 41 Etanoli Metanoli 20 Puu 13-18 Turve 10-16 Maakaasu 40 MJ/m3

82 Savukaasut Savukaasut ovat palamisprosessista poistuvia kaasuja, moottoreissa käytetään myös nimitystä pakokaasut. Savukaasulaskuissa tarkastellaan palamisessa tarvittavia ja syntyviä ainemääriä.

83 C + O2 → CO2 Hiilen täydellinen palaminen.
Esim1. Yleisimpiä reaktioita C + O2 → CO2 Hiilen täydellinen palaminen. 2C + O2 → 2CO Häkää syntyy, kun happea on liian vähän. 2H2 + O2 → 2H2O Vedyn palamistuote on vesi. S + O2 → SO2 Polttoaineen sisältämä rikki palaa helposti N + O2 → NOx Muodostuu, kun T>1000 oC. Esim2. Etanolin sisältämän hiilen ja vedyn palaminen täydellisesti

84 Savukaasulaskut Reaktioyhtälöiden avulla saadaan laskettua hapentarve ja siitä teoreettinen ilmantarve. Käytännössä tarvitaan ilmaylimäärä, jonka ilmoittamiseen käytetään ilmakerrointa λ. L = käytettävä ilmamäärä Lteor = teoreettinen ilmamäärä

85 Kaasumaisille aineille λ = 1-1,2. Kiinteille aineille λ jopa yli 2.
Esim. Etanolin polttamiseen tarvittava ilmamäärä (NTP-tilassa), kun n(etanoli) = 1 mol ja λ = 1,1? n(O2) = 3*n(C2H5OH) = 3*1mol = 3 mol NTP-tila: 3mol*22,4 dm3/mol = 67,2 dm3. Ilmassa on happea 21%, joten teoreettinen ilmamäärä on 67,2 dm3 /0,21 = 320 dm3. Käytännössä tarvittava ilmamäärä L = λ*Lteor= 1,1*320 dm3 = 352 dm3 ts. puhdasta happea tarvitaan 67,2 dm3 ja ilmaa 352 dm3.

86 Polttoaineiden vertailu