Geven groene brandstoffen onze dieselwagen een groen levenseinde?

Onze toekomstige wagen wordt elektrisch, dat is ondertussen duidelijk. Dit stelt ons voor de vraag: wat met mijn huidige wagen die loopt op diesel of benzine? En velen van ons stellen zich die vraag, want vandaag rijden er maar liefst 1.2 miljard (!) personenwagens met een verbrandingsmotor rond op deze planeet. Naar schatting zullen er tegen 2040 nog steeds 0.8 miljard wagens zijn met een verbrandingsmotor Deze langzaam uitdijende groep verbrandingswagens noemen we de ‘legacy fleet’. Meer dan 110 landen stellen CO2-neutraliteit tegen 2050 als doel. Om dit te halen moet dus iets gedaan worden aan die legacy fleet. We doen dit liefst snel en goedkoop, want inderdaad: vernieuwing heeft tijd nodig. Bij de legacy fleet horen ook zware toepassingen zoals vrachtverkeer. Hun hoge energievraag maakt ze moeilijk te elektrificeren. Groene brandstoffen zullen dus een belangrijke rol spelen in de toekomst.

DROP-IN BRANDSTOFFEN

Deze kwestie brengt ons bij nieuwe groene brandstoffen die de traditionele benzine en diesel kunnen vervangen. Ideaal zou zijn als we gewoon verder kunnen rijden op deze nieuwe brandstoffen zonder enige aanpassing aan onze wagen. Zo’n brandstof wordt een ‘drop-in brandstof’ genoemd. Die term bestaat al een tijdje, want sinds 2018 tanken we B7 en E10. Dit betekent dat we 7 procent biodiesel bij de fossiele diesel mengen, en 10 procent bio-ethanol bij de benzine zonder dat uw wagen het verschil merkt. Zo slagen we er op een eenvoudige manier in de klimaatimpact van onze wagen een stukje te verlagen, maar we moeten beter. Bijvoorbeeld, om onze wagen te laten lopen op 85 procent bio-ethanol moet de motor specifiek voorzien zijn van flex-fuel technologie, waardoor de legacy fleet uit de boot valt. Daarom is het nodig om nieuwe hernieuwbare drop-in brandstoffen te onderzoeken, om zo de legacy fleet op korte termijn groener maken.

HET AD-LIBIO PROJECT

Deze thesisscriptie kadert in een onderzoeksproject dat daar specifiek op focust. Het Ad-Libio (Advanced Liquid Biofuel) project, gefinancierd door het federale Energietransitiefonds, ontwikkelt nieuwe bio-benzine en -diesel uit lokaal geproduceerd korte-omloophout (dit zijn snelgroeiende boomsoorten zoals wilg of populier die na 2 tot 5 jaar geoogst kunnen worden). Dit gebeurt in een multidisciplinaire samenwerking tussen KU Leuven, Universiteit Gent, de Vrije Universiteit Brussel (VUB), Thomas More en EVINBO. Terwijl de impact van zo’n brandstof op biodiversiteit, landschap, ecosysteemdiensten en de maatschappij wordt onderzocht door anderen, focust de onderzoeksgroep Vervoertechniek aan de Universiteit Gent zich op de eisen die onze huidige motoren stellen aan een brandstof.

EISEN AAN ONZE BRANDSTOF

Een brandstof moet namelijk net de juiste cocktail aan moleculen bevatten, om uiteindelijk de gewenste brandstof-eigenschappen te vertonen. Bijvoorbeeld, te veel polycyclische aromaten in onze diesel zorgen voor roetuitstoot, of een dieselbrandstof met te lage smerings-eigenschappen maakt onze brandstof-pomp stuk. Daarom moeten onze brandstoffen voldoen aan de Europese normen EN 590 en EN 228 voor diesel en benzine respectievelijk. Daarin worden eigenschappen opgelijst waaraan de nieuw ontwikkelde Ad-Libio brandstof moet voldoen. Sommige van die eigenschappen, zoals dichtheid, kunnen eenvoudig voorspeld worden. Andere complexe eigenschappen moeten getest worden. Eén van die eigenschappen voor dieselbrandstof is het cetaangetal, en daar zet deze thesisscriptie specifiek op in. Het cetaangetal wordt vaak vergeleken met de ‘kwaliteit’ van de brandstof, en geeft aan hoe makkelijk die ontbrandt. Een ondermaats cetaangetal zorgt voor verhoogd brandstofverbruik en schadelijke emissies. Het is dus logisch dat de Europese norm hiervoor een minimale waarde oplegt. Het is dan ook de bedoeling het ontwikkelingsproces van de Ad-Libio brandstof zo te sturen om een voldoende hoog cetaangetal te bekomen. Indien nodig kan het cetaangetal geboost worden door vermenging met (liefst zo weinig mogelijk) fossiele diesel. Zo bekomen we een drop-in brandstof voor onze dieselwagens met hoge hernieuw-bare fractie.

DE KWALITEIT VAN ONZE DIESEL

Deze thesisscriptie focust specifiek op het meten van dit cetaangetal. Natuurlijk zijn daar gestandaardiseerde methoden voor, die routineus worden uitgevoerd in gecertificeerde laboratoria met gebruik van een daarvoor speciaal ontwikkelde testmotor. Maar dan volgt de vraag: waarom wordt dit verder onderzocht als alle nodige meetmethoden voor het cetaangetal bestaan? Het antwoord op deze vraag ligt in de constante ontwikkeling van onze motoren. Die testmotor is ontwikkeld in de jaren 1930. Dit betekent dat de motor die onze huidige dieselwagen, na jaren van ontwikkeling, aandrijft helemaal niet meer lijkt op deze testmotor. Bijvoorbeeld, tegenwoordig wordt de dieselbrandstof aan zeer hoge druk direct geïnjecteerd in de motor. Deze technologie bestond niet in 1930, waardoor de testmotor nog uitgerust is met een verouderd injectie-systeem. Dit, en andere verschillen, maakt dat het cetaangetal zoals we het vandaag meten niet altijd representatief is voor de uiteindelijke ‘kwaliteit’ of prestatie van de brandstof in onze huidige motoren. Daarom is onderzoek naar cetaanbepaling relevant, zowel in het kader van hernieuwbare brandstofontwikkeling (zoals de Ad-Libio brandstof) als in het kader van verbrandingstheorie.

HET CETAANGETAL IN ONZE MOTOR

Deze master thesis onderzocht of het mogelijk is het cetaangetal te bepalen in een recente, state-of-the-art dieselmotor. Zoals vermeld tonen die duidelijke verschillen met de gestandaardiseerde testmotor. Het belangrijkste verschil is dat deze een variabele compressieverhouding heeft, terwijl courante motoren dit niet hebben. Die variabele compressieverhouding van de testmotor speelt een belangrijke rol in de cetaantest. Om cetaantesten uit te voeren met een courante dieselmotor hebben we dus een alternatief nodig. Deze thesis onderzocht enkele opties, en landde op het gebruik van exhaust gas recirculation (EGR). Zowat alle huidige dieselmotoren zijn uitgerust met deze technologie, die typisch gebruikt wordt om de stikstofemissies van de motor te drukken. Gebruik van EGR past het gedrag van de motor in bepaalde aspecten aan op dezelfde manier als een variabele compressieverhouding. Zo concludeert deze thesis dat het weldegelijk mogelijk is om het cetaangetal, of dus de kwaliteit van dieselbrandstoffen, te testen in motoren die representatief zijn voor onze huidige wagen. Zo draagt deze thesis bij aan de efficiënte ontwikkeling van hernieuwbare drop-in brandstoffen, om onze huidige dieselwagen een proper levenseinde te bezorgen.