Dieselspray onder de loep: van brandstof naar warmteafgifte

Werktuigbouwkundige Noud Maes promoveerde vorige maand cum laude op zijn promotieonderzoek om vloeibare brandstof zo efficiënt mogelijk om te zetten in warmte. Hij bracht de reactieprocessen van verbrandingsspray gedetailleerd in kaart. Deze nevel komt uit de injector die brandstof onder hoge druk in de cilinders van de motor spuit.

Als het aan steeds meer steden ligt, is het duidelijk: weg met de diesel. Het (openbaar) vervoer kent een groeiend aantal duurzame alternatieven; het merendeel elektrisch, soms op basis van waterstof. Toch ligt hierin voor het zware transport nog niet de oplossing en dat heeft voornamelijk te maken met de lagere energiedichtheid van die alternatieven, legt Noud Maes uit. Hij promoveerde cum laude op het gedetailleerd in kaart brengen van de reactieprocessen van verbrandingsspray.

Factor 40

Maes: "Als je de hoeveelheid energie vergelijkt die één kilo accu en één kilo diesel levert, dan zit daar een factor veertig verschil tussen, in het voordeel van diesel. Voor korte ritten is dat minder van belang en juichen we het gebruik van elektrische voertuigen toe, maar voor de lange afstanden telt elke kilo die je extra mee moet vervoeren. Aan het gebruik van waterstof kleven weer andere bezwaren. Daar is vooral de opslag een probleem en blijft het natuurlijk ook een relatief gevaarlijke brandstof. We zullen daarom moeten accepteren dat we de komende decennia wat betreft logistiek transport nog wel afhankelijk zullen zijn van vloeibare brandstoffen."

Vergroeningswinst

Met het negatieve dieselimago dat de laatste jaren is ontstaan is Maes het dan ook niet volledig eens. "Voor het productieproces van accu's is veel energie nodig en worden zeldzame grondstoffen gebruikt. Al met al is het dan nog maar de vraag of elektrisch rijden zo veel duurzamer dan diesel is. We hebben inderdaad een energieprobleem en moeten slim omgaan met de energiebronnen die we hebben. Maar selecteer daarom voor elke toepassing de juiste energiebron en sluit vloeibare brandstof niet per definitie uit. Met ons onderzoek tonen we aan dat er ook hiermee nog veel vergroeningswinst te halen valt."

Vlam-cilinderwand-interactie

Maes bekeek in welke stappen de verbrandingsspray van brandstof naar warmteafgifte gaat en legde dit in detail vast om te begrijpen wat er nu precies gebeurt, wat van invloed is op de processen en vooral: hoe het efficiënter kan. Want waar voor brandstofsprays van personenauto's er al het een en ander beschreven is, was dit voor zwaardere vrachtwagenmotoren niet het geval. "Terwijl dit juist belangrijk is om op fundamenteel niveau te bestuderen. We zien dat we door bijvoorbeeld meer aandacht te schenken aan vlam-cilinderwand-interactie de uitstoot van schadelijke verbrandingsproducten kunnen verminderen."

Fabrikanten

Tijdens de metingen loopt de druk op tot 110 bar, de temperatuur tot zo'n 600 graden Celsius. Verder wil je kunnen zien wat er in de motor gebeurt en wil je de condities nauwkeurig kunnen instellen. Maes: "Dat maakt zo'n opstelling erg kostbaar en niet voor elk lab beschikbaar. Met de data uit onze experimenten zijn inmiddels verschillende computersimulatie gevalideerd, zodat iedereen nu heel nauwkeurig sprays kan voorspellen. Op basis van deze simulaties worden de motoren van de toekomst ontworpen. Diverse fabrikanten hebben al interesse getoond."

Bron: Cursor/TUE