Εύρεση βιώσιμης χρήσης για τα απόβλητα οινοποιείου
Στις δημόσιες συγκοινωνίες, τα γεννήτρια παραγωγής ενέργειας ή τις αντλίες σε φάρμες, προτιμώνται γενικά οι κινητήρες ανάφλεξης με συμπίεση (CI) καθώς είναι πιο αποδοτικοί και φθηνότεροι. Ωστόσο, το ντίζελ είναι μη ανανεώσιμο και είναι επίσης η κύρια πηγή εκπομπών σωματιδίων (PM) που μπορεί να προκαλέσουν δυσμενή προβλήματα υγείας. Τα βιοκαύσιμα που φαίνεται να είναι η πιθανή βασική λύση για την παρούσα πρόκληση μπορούν να ληφθούν από ποικίλες πηγές όπως τρόφιμα, μη τροφικές πρώτες ύλες, μικροφύκη και άλλα απόβλητα βιομάζας.
Έχουν γίνει νωρίτερα προσπάθειες από πολλούς ερευνητές να βελτιωθεί η ποιότητα τέτοιων ελαίων αναμειγνύοντάς τα με καύσιμα χαμηλού ιξώδους ή με επαγωγή δευτερογενών αερίων καυσίμων όπως βιοαέριο, αέριο παραγωγής, LPG, υδρογόνο κ.λπ. Όσον αφορά το υδρογόνο ως δευτερεύον καύσιμο είναι έχει τόσο ευνοϊκές όσο και δυσμενείς ιδιότητες για τα καύσιμα κινητήρων, τα οποία διαφέρουν ριζικά από τα συμβατικά καύσιμα. Η πολύ υψηλή ταχύτητα φλόγας του υδρογόνου κάνει την καύση να προσεγγίζει τον θεωρητικό κύκλο Otto σε έναν κινητήρα SI, αλλά η ίδια ιδιότητα, μαζί με άλλες ιδιότητες όπως η χαμηλή ενέργεια ανάφλεξης και τα μεγάλα όρια καύσης, θέτει το πρόβλημα της αναδρομής σε έναν κινητήρα.
Αρκετά άρθρα που σχετίζονται με την οινοποιία επιβεβαιώνουν ότι τα οινοποιεία σε όλο τον κόσμο αυξάνονται σε αριθμό κάθε χρόνο και ότι η ποσότητα υπολειμμάτων και απορριμμάτων που παράγονται από την οινοποιία συνεχώς αυξάνεται. Υπολογίζεται ότι η παγκόσμια παραγωγή κρασιού αφήνει σχεδόν δεκατρία εκατομμύρια τόνους απορριμμάτων στέμφυλων κάθε χρόνο και γενικά απορρίπτεται με κόστος για το οινοποιείο σε πολλά μέρη του πλανήτη.
Περίπου το 25% του βάρους έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση υποπροϊόντων/αποβλήτων. Μεταξύ αυτών, το κοτσάνι και τα στέμφυλα του σταφυλιού είναι τα κύρια απόβλητα της παραγωγής κρασιού. ο μίσχος του σταφυλιού λαμβάνεται μετά τη διαδικασία αφαίρεσης του στελέχους και περιέχει τους μίσχους του σταφυλιού, ενώ τα στέμφυλα του σταφυλιού, που λαμβάνονται μετά τη διαδικασία έκθλιψης, αποτελούνται από επεξεργασμένες φλούδες και σπόρους. Επιπλέον, τα λύματα οινοποιείου που προέρχονται από το νερό που χρησιμοποιείται στα διάφορα στάδια της παραγωγής κρασιού περιέχουν υπολείμματα πολτού σταφυλιού, φλοιού και σπόρων. Το κύριο πρόβλημα όλων αυτών των οργανικών υλικών είναι η απόρριψη και η επεξεργασία τους, γεγονός που δημιουργεί δυσκολίες στη διαχείρισή τους.
Η μετατροπή των άχρηστων αποβλήτων σε χρησιμοποιήσιμη πηγή ενέργειας θα ήταν μια πιθανή επιλογή, καθώς τα υπολείμματα στεμφύλων είναι άμεσα διαθέσιμα και μπορούν να προμηθεύονται με συγκριτικά χαμηλότερο κόστος, καθιστώντας τα οικονομικά βιώσιμα. Επιπλέον, έχει τα διπλά οφέλη του να χρησιμεύει όχι μόνο ως εναλλακτική λύση στα συμβατικά ορυκτά καύσιμα, αλλά και μειώνει τόσο τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου όσο και τις δυσκολίες που συνεπάγεται η διάθεση των αποβλήτων. Λαμβάνοντας υπόψη την ποσότητα των αποβλήτων που παράγονται, μια βιώσιμη εναλλακτική λύση που μπορεί να σκεφτεί κανείς είναι η εξαγωγή λαδιού από τους σπόρους που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική πηγή ενέργειας για την εφαρμογή του κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Λαμβανομένων υπόψη των παραπάνω γεγονότων, έγινε προσπάθεια από τον Prabhu Chelladorai να χρησιμοποιήσει βιοκαύσιμα που προέρχονται από απόβλητα της οινοποιητικής βιομηχανίας (σταφυλέλαιο) ως πιλοτικό καύσιμο σε κινητήρες ανάφλεξης με συμπίεση. Περαιτέρω, μελετήθηκε η συνεργιστική επίδραση της επαγωγής υδρογόνου στα χαρακτηριστικά απόδοσης, εκπομπής και καύσης του ντίζελ, του βιοντίζελ από σπόρους σταφυλιού (GSBD) και του καθαρού ελαίου σταφυλιού (NGSO) ως πιλοτικού καυσίμου. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε φορτία 50% και 100% με σταθερή ταχύτητα κινητήρα 1500 σ.α.λ. Ωστόσο, η έκταση της επαγωγής περιορίστηκε στο σημείο πέρα από το οποίο υπάρχει μια τάση για χτύπημα. Τα ακόλουθα συμπεράσματα εξήχθησαν με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα.
Η απόδοση του κινητήρα ντίζελ με τακτοποιημένο λάδι σταφυλιού είναι κακή, όπως φαίνεται από τη χαμηλότερη θερμική απόδοση πέδησης 25,94% και την υψηλότερη αδιαφάνεια καπνού 54,9%. Όταν το καθαρό έλαιο σταφυλιού μετατρέπεται σε βιοντίζελ από κουκούτσι σταφυλιού, η θερμική απόδοση του φρένου του κινητήρα βελτιώνεται στο 30,28% και η αδιαφάνεια του καπνού μειώνεται στο 44,1%. Ωστόσο, οι εκπομπές μονοξειδίου του αζώτου (NO) ειδικά για τα φρένα αυξάνονται από 8,71 g/kWh σε 8,92 g/kWh λόγω βελτιωμένης καύσης.
Η διπλή τροφοδοσία με υδρογόνο, ωστόσο, αυξάνει τη θερμική απόδοση πέδησης όλων των ελεγμένων καυσίμων ως αποτέλεσμα της σημαντικά υψηλότερης θερμότητας του υδρογόνου, της υψηλότερης ταχύτητας φλόγας και της εκθετικής αύξησης των ρυθμών αντίδρασης. Το μέγιστο ενεργειακό μερίδιο υδρογόνου σε πλήρες φορτίο περιορίζεται σε 14,46, 14,1% και 12,8% αντίστοιχα για το ντίζελ, το βιοντίζελ από κουκούτσι σταφυλιού και το καθαρό σταφυλέλαιο. Με την αύξηση του μεριδίου ενέργειας υδρογόνου, η ειδική κατανάλωση ενέργειας μειώνεται λόγω της σημαντικά υψηλότερης τιμής θέρμανσης και των ανώτερων χαρακτηριστικών καύσης.
Ως βιοκαύσιμο που λαμβάνεται από απόβλητα οινοποιείου, το βιοντίζελ από σπόρους σταφυλιού, κατ' αρχήν, δεν θα χρησιμεύσει μόνο ως υποκατάστατο καυσίμου, ο ισχυρισμός του οποίου ενισχύεται από τα παραπάνω αποτελέσματα, που υποδηλώνουν απόδοση πιο κοντά στο ντίζελ, αλλά θα μειώσει επίσης την ποσότητα υπολειμματικά απόβλητα από τη βιομηχανία οινοποιίας που διαφορετικά θα καθιστούσαν περιττά και τελικά θα απορρίπτονταν στο περιβάλλον ή θα υπόκεινταν σε περίπλοκες διαδικασίες υποβάθμισης. Επιπλέον, η συνεργιστική επίδραση της επαγωγής υδρογόνου με το βιοντίζελ σταφυλιού σε έναν κινητήρα CI είναι εμφανής από υψηλότερη θερμική απόδοση πέδησης 36,04% και χαμηλότερη αδιαφάνεια καπνού 35,4% εντός του μέγιστου μεριδίου ενέργειας υδρογόνου περιορισμένου κρούσης, με αύξηση στην ειδική εκπομπή ΝΟ για τα φρένα από 8,92 g/kWh έως 12,81 g/kWh. Οι εκπομπές υδρογονάνθρακα (HC) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO) ειδικά για τα φρένα μειώνονται επίσης καθώς ένα μέρος του καυσίμου υδρογονάνθρακα αντικαθίσταται από υδρογόνο χωρίς άνθρακα.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Συνεργική επίδραση της επαγωγής υδρογόνου με βιοκαύσιμο που λαμβάνεται από απόβλητα οινοποιείου (σταφυλέλαιο) για εφαρμογή κινητήρα CI, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο International Journal of Hydrogen Energy . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Prabhu Chelladorai, Edwin Geo Varuvel, Leenus J. Martin και Nagalingam Bedhannan από το SRM Institute of Science and Technology (παλαιότερα γνωστό ως SRM University).
