ABSTRACT:
Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engines are amenable to a large variety of fuels as long as the fuel can be fully vaporized, sufficiently mixed with air, and receive sufficient heat during the compression stroke to reach the autoignition conditions. This study investigates an HCCI engine fueled with ethanol-in-water mixtures, which we call “wet ethanol”. The motivation for using wet ethanol fuel is that significant energy is required for distillation and dehydration of fermented ethanol (from biosources, not from petroleum), thus direct use of wet ethanol could improve energy balance. Recent modeling studies have predicted that a HCCI engine can operate using fuel containing as little as 35% ethanol-in-water, with surprisingly good performance and emissions. With the previous modeling study suggesting feasibility of wet ethanol use in HCCI engines, this paper focuses on experimental operation wet ethanol in a 4-cylinder 1.9 liter engine running in HCCI mode. This study investigates the effect of the ethanol-water fraction on the engine's operating limits, intake temperatures, heat release rates, and exhaust emissions for the engine operating with 100%, 90%, 80%, 60%, and 40% ethanol-in-water mixtures.

Detta gör att det totala energiutbytet vid produktion av etanol blir avsevärt högre då energiåtgång till destillationsprocessen i stort sett uteblir.

Detta kan användas som ett mycket tungt argument vid diskussioner om etanolens framtidspotential.

Sen tillkommer problem vid kyla. Vad händer ex vid -30 C om man har 40% vatten i etanolen..

Additionally, in order to fully evaporate the
fuel and water, additional heat must be added to the intake charge to evaporate the fuel and achieve intake temperatures required to control combustion timing. Significantly more heat is
required to vaporize the fuel and water than for ethanol alone, in part because of the additional
mass of water to be evaporated with the fuel, and because water has a higher latent heat of
vaporization than pure ethanol.

Samtidigt så bör väl bränslekonsumptionen öka eftersom det blir mindre mängd energi i bränslet. Vi har ju bara flyttat destillationsprocessen till motorn istället. Känns lite tveksamt att det skulle leda till några större vinster totalt sett.

Improving Ethanol Life Cycle Energy Efficiency by Direct Utilization of Wet Ethanol in HCCI Engines

Abstract: ...The results of the paper show that an HCCI engine with efficient heat recovery can operate on a 35-65% volumetric mixture of ethanol and water while achieving a high brake thermal efficiency (38.7%) and very low NOx (1.6 parts per million, clean enough to meet any existing or oncoming emissions standards). Direct utilization of ethanol at a 35% volume fraction reduces water separation cost to only 3% of the energy of ethanol and coproducts (versus 37% for producing pure ethanol), and improves the net energy gain from 21% to 55% of the energy of ethanol and coproducts.

Tja, det fungerar ju. Men hur blir det med kallstarter?

Sen tycker jag det känns lite tveksamt att frakta över 40% vatten tillsammans med etanolen från ex Brasilien.

As syngas fermentation leads to lower ethanol concentrations than corn fermentations, the energy and cost to separate the ethanol from water is proportionally higher. To reduce this differential, Coskata has exclusively licensed membrane separation technology to reduce the energy requirements by over 50%.

För det första är det alltid en fördel att bli av med spillvärme som annars hade fått tas om hand = sänker kostnaderna

För det andra så råder det snart brist på biomassa och vi kan då använda mer till färre, större värmekraftverk där det finns behov av både värme och el. = sänker kostnaderna för dem

För det tredje så kan då ställena där man tillverkar etanol ligga lite varstans =sänker kostanderna och ökar konkurrensen.

På tal om att göra destillationen energisnålare så har jag i många år funderat på om man inte skulle kunna genomföra den vid undertryck, så att etanolens kokpunkt sjunker till ungefär omgivningstemperatur och man därmed kan ta värmebehovet direkt ur luften. Men det kan ju tänkas att energiåtgången för evakuering av anläggningen samt de besvär med läckage etc som rimligtvis måste uppstå när alltsammans ska stå under undertryck, överväger vinsten man gör på att inte tillföra någon värme.

För övrigt: även om man nu skulle kunna tillåta en ganska hög vattenhalt i etanolen, måste man inte ändå vara noga med att få bort de tyngre kolvätena "finkel" ur mäsken?