Perkenalkan Siklus Daya Argon
Automotive

Perkenalkan Siklus Daya Argon


Jeroen van Oijen. Kredit: Bart van Overbeeke

Mesin pembakaran — sesuatu dari masa lalu? Pikirkan lagi! Para peneliti di Eindhoven University of Technology yakin mereka telah menemukan cara untuk membuat sumber daya yang tidak berkelanjutan ini siap untuk masa depan. Rahasianya: gas argon yang mulia. Tantangan utama mereka sekarang adalah menemukan cara untuk menyalakan campuran gas pada saat yang tepat. Atau seperti yang dikatakan Jeroen van Oijen, peneliti di departemen Teknik Mesin TU / e, “Kami ingin tahu kapan harus mendorong ayunan.”

Mesin pembakaran, baik internal (diesel dan bensin) maupun eksternal (uap), telah lama menjadi penggerak dunia modern seperti yang kita kenal. Namun, masalah lingkungan tentang CO berbahaya2 dan emisi nitrogen oksida telah mengubah mesin yang digerakkan oleh bahan bakar fosil ini menjadi warisan yang dicurigai, sering kali disebutkan bersamaan dengan pembangkit listrik tenaga batu bara. Ini menjelaskan mengapa banyak peneliti yang bekerja pada pembangkit listrik berkelanjutan ingin melihat melampaui pembakaran sebagai cara untuk menghasilkan energi.

Jeroen, mengapa Anda yakin masih terlalu dini untuk menghapus mesin pembakaran?

Kami di TU / e sangat yakin bahwa kami dapat merevolusi mesin pembakaran untuk abad ke-21. Untuk mencapai ini, kami sedang menjajaki sejumlah revisi bersih untuk mesin pembakaran. Salah satu jalan yang menjanjikan adalah siklus daya argon (APC). APC adalah teknologi inovatif, yang menggunakan argon sebagai pengganti udara sebagai fluida kerja. Gabungkan dengan hidrogen sebagai bahan bakar Anda, dan Anda memiliki potensi untuk menghasilkan alat berat yang sangat efisien, tidak hanya bebas emisi, tetapi juga dapat membantu menyimpan energi hijau dari matahari dan angin.

Mengapa argon?

Argon adalah gas mulia, artinya tidak bereaksi dengan gas lain. Tapi, yang lebih penting, ini mono-atom: hanya terdiri dari satu atom. Ini adalah keuntungan utama dibandingkan udara, yang sebagian besar terdiri dari molekul diatomik seperti nitrogen dan oksigen. Jika Anda memampatkan udara, seperti yang Anda lakukan pada mesin pembakaran normal, molekul di udara mulai bergetar dan berputar. Hal ini menyebabkan hilangnya sebagian energi masukan, yang disimpan dalam molekul sebagai energi internal, alih-alih semua energi yang digunakan untuk memaksimalkan energi kinetik yang diperlukan untuk mendorong piston. Dengan menggunakan argon, semua energi masukan diubah menjadi tekanan internal di silinder piston. Ini berarti efisiensi dapat ditingkatkan sekitar 25 persen, mencapai nilai di atas 80 persen!

Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita masih menggunakan udara di mesin kendaraan bermotor kita jika argon adalah gas yang ajaib. Nah, udara berlimpah. Semuanya ada di sekitar kita. Tapi, yang lebih penting, sudah termasuk oksigen yang Anda butuhkan untuk membakar bahan bakar dan mengubah energi kimia menjadi panas. Jika Anda beralih ke argon, Anda harus menyuntikkan oksigen secara terpisah.

Masih ada kehidupan di mesin pembakaran lama. Perkenalkan Siklus Daya Argon!

Udara terdiri dari 1 persen argon. Oleh karena itu, gas mulia ini paling murah dan paling banyak digunakan. Dalam foto ini kita melihat botol argon ultra murni yang bersinar. Kredit: Universitas Teknologi Eindhoven

Dan di mana Anda akan mendapatkan argon?

Argon banyak tersedia di udara dan dapat diekstraksi dengan murah dari udara sebagai produk sampingan dari pemisahan udara kriogenik. Terlebih lagi: Anda hanya perlu menghilangkan argon dari udara satu kali. Karena argon adalah gas mulia, ia melalui proses pembakaran tanpa bereaksi dengan gas lain, jadi pada akhirnya Anda memiliki argon sekali lagi. Satu-satunya hal yang perlu Anda lakukan adalah mendinginkannya untuk menghilangkan air yang dihasilkan dari proses pembakaran. Setelah Anda memasukkannya ke dalam sistem tertutup, itu dapat didaur ulang lagi dan lagi, dalam putaran tertutup tanpa akhir.

Apa lagi yang Anda butuhkan selain argon?

Seperti yang saya katakan, kami ingin menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, bukan bahan bakar fosil seperti bensin atau solar. Hidrogen memiliki dua keuntungan utama: ketika bereaksi dengan oksigen, Anda mendapatkan air biasa sebagai produk akhir, bukan CO berbahaya.2 dan tidak. Kedua, dan ini benar-benar kuncinya: hidrogen adalah bahan penyimpanan yang sangat menjanjikan untuk energi hijau. Ini berarti Anda memiliki energi berkelanjutan yang dapat Anda gunakan kapan pun Anda membutuhkannya, dan tidak hanya saat ada matahari dan angin!

Saya mengerti masih ada beberapa rintangan praktis yang harus diatasi sebelum kita memiliki mesin APC yang berfungsi penuh dan efisien. Apa yang Anda lihat sebagai tantangan utama untuk proyek penelitian ini?

Seperti yang saya katakan, untuk memulai pembakaran, Anda perlu memasukkan bahan bakar dan oksigen ke dalam sistem pembakaran. Ini adalah tendangan untuk memulai semuanya. Idealnya, Anda ingin menyuntikkan bahan bakar dan oksigen saat argon dikompresi sepenuhnya, karena ini memberi Anda efisiensi terbaik. Namun secara praktis, lebih mudah menginjeksikan reaktan sebelum dikompresi. Namun, karena argon cenderung memanas dengan sangat cepat saat dikompresi, campuran tersebut akan menyala sebelum Anda mencapai tekanan optimal. Jelas, ini mempengaruhi efisiensi sistem. Untuk memahami masalahnya, bayangkan ayunan di taman bermain: Anda ingin mendorong tepat pada saat upaya Anda menciptakan momentum terbesar, dan bukan satu detik lebih awal atau lebih lambat. Hal yang sama berlaku untuk piston di mesin pembakaran.

Jadi Anda butuh teknik baru untuk mengontrol proses pembakaran di mesin argon?

Persis. Dalam proyek penelitian kami ingin mengeksplorasi tiga kemungkinan solusi. Yang pertama tampaknya paling menjanjikan, karena mirip dengan metode yang digunakan pada mesin diesel. Ini melibatkan memasukkan hidrogen hanya setelah argon dan oksigen telah sepenuhnya dikompresi. Ini untuk menghindari penyalaan prematur, tetapi masih ada beberapa masalah yang harus diselesaikan. Ternyata cukup sulit untuk menyuntikkan hidrogen ke dalam gas bertekanan, karena sangat ringan.

Masih ada kehidupan di mesin pembakaran lama. Perkenalkan Siklus Daya Argon!

Gambaran skema Siklus Daya Argon dengan hidrogen sebagai bahan bakar. Kredit: Universitas Teknologi Eindhoven

Alternatif kedua yang ingin kami eksplorasi, memecahkan masalah ini dengan menyuntikkan hidrogen dan argon saat tekanan masih rendah, dan membawa masuk oksigen, gas yang lebih berat daripada hidrogen, pada tahap selanjutnya saat tekanan tinggi. Masalahnya di sini adalah bahwa ini belum pernah dicoba sebelumnya, dan oksigen pada tekanan tinggi cenderung bereaksi dengan logam injektor, menyebabkan korosi.

Terakhir, kami ingin melihat opsi untuk menyuntikkan hidrogen dan oksigen pada tahap selanjutnya dalam siklus. Di sini tantangannya adalah menyelaraskan injeksi kedua gas tersebut untuk memastikan bahwa kedua gas dapat bertemu satu sama lain dan bereaksi pada waktu yang tepat.

Misalkan Anda mampu mengatasi tantangan ini, dan dalam waktu lima hingga 10 tahun, kita akan memiliki mesin pembakaran yang sangat efisien dan bebas CO2 emisi. Apa yang Anda lihat sebagai aplikasi utama mesin ini?

Pertama dan terpenting, kami pikir mesin APC akan digunakan untuk pembangkit listrik, menggunakan tenaga yang dihasilkan dari angin dan matahari dan disimpan dalam hidrogen. Tetapi mesin APC kami juga dapat digunakan dengan gas alam atau biofuel. Tentu saja, ini tidak akan lagi menjadi bebas karbon, tetapi hal terbaik tentang pengaturan kami adalah ia ditutup. Ini membuatnya lebih mudah dan lebih murah untuk menangkap CO2 emisi. Ini kemudian dapat digunakan sebagai bahan untuk industri kimia. Untuk menyaring CO2 kami menggunakan membran canggih yang hanya memiliki efek terbatas pada efisiensi sistem secara keseluruhan.

Dan mobil dan truk?

Saya khawatir sistem kami mungkin kurang cocok untuk kendaraan jalan raya karena kehilangan panas yang relatif tinggi pada mesin yang lebih kecil. Tapi kami melihat masa depan untuk itu dalam pengaturan di mana Anda membutuhkan mesin yang sangat besar, seperti di kapal.

Terakhir, apakah TU / e memiliki rencana untuk menghadirkan mesin APC ke pasar?

Faktanya, saya bekerja sama dengan seorang peneliti di Berkeley, yang telah memulai usaha rintisan untuk mengkomersialkan produk ini. Namanya Miguel Sierra Aznar, dan dia pernah menjadi murid MSc saya. Perusahaannya disebut Termodinamika Mulia. Kami juga bekerja sama dengan Winterthur Gas & Diesel untuk menjajaki peluang pasar di masa depan. Tapi, tentu saja, ini adalah cara untuk pergi ke pasar. Pertama, kita harus mendapatkan ilmu yang benar, dan memastikan mesin APC kita sebersih dan seefisien mungkin!


Mesin pembakaran internal baru yang tidak mengeluarkan gas berbahaya atau karbon dioksida


Disediakan oleh Universitas Teknologi Eindhoven

Kutipan: Masih ada kehidupan di mesin pembakaran lama: Meet the Argon Power Cycle (2021, 12 Maret) diambil 12 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-life-combustion-argon-power.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.




Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data HK