Väitös energiatekniikan alalta, DI Muhammad Saad Akram

Väitöskirjan nimi: Vaihtoehtoisilla polttoaineilla kohti kestävää moottoripalamista

Väittelijä: Muhammad Saad Akram
Vastaväittäjä: Prof. David Sedarsky, Chalmersin teknillinen yliopisto, Ruotsi
Kustos: Prof. Ossi Kaario, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Vaihtoehtoisilla polttoaineilla kohti kestävää moottoripalamista

Ilmastonmuutosta ohjaavat kasvavat kasvihuonekaasupäästöt, jotka johtuvat suurelta osin fossiilisten polttoaineiden käytöstä liikenteessä ja teollisuudessa. Polttomoottorit (IC), joita useimmat  ajoneuvot nykyään käyttävät, vaikuttavat merkittävästi näihin päästöihin. Samalla kun ajoneuvojen sähköistyminen kasvaa, polttomoottorit ovat edelleen välttämättömiä monissa sovelluksissa, minkä vuoksi on tärkeää tutkia puhtaampia polttoainevaihtoehtoja. Vaihtoehtoiset polttoaineet, kuten etanoli, metanoli, vety ja ammoniakki, tarjoavat mahdollisuuden vähentää päästöjä ilman, että vaaditaan täydellistä siirtymistä pois nykyisestä moottoritekniikasta. 

Tässä väitöskirjassa tutkitaan polttoaineiden  ruiskutusominaisuuksia ja moottorin suorituskykyä vaihtoehtoisilla polttoaineilla  ja verrataan niitä perinteisiin diesel- ja bensiinipolttoaineisiin. Polttoainesuihkuja tutkitaan optisesti vakiotilavuuksisessa ruiskutuskammiossa nopealla kuvantamisella, sekä  esisekoitetun ammoniakin ja vedyn avulla ajetaan raskasta yksisylinteristä tutkimusmoottoria, jossa pilottipolttoaineena on diesel. Polttoaineen ruiskutustutkimus on erittäin tärkeää, koska polttoainesuihkun  muodostuksella, käyttäytymisellä ja geometrialla on erittäin tärkeä vaikutus oikeaan ruiskutussumutukseen ja ilman ja polttoaineen sekoittumiseen, ja siten koko palamiseen. Tämä tutkimus keskittyy myös kyseisten polttoaineiden leimahduskiehumis tutkimukseen (flash boiling). Flash boiling  on tärkeä strategia polttoaineen ruiskutuksen ja haihtumisen parantamiseksi tulistuksen yhteydessä tapahtuvan nopean höyrystymisen vuoksi. Testatut vaihtoehtoiset polttoaineet osoittavat erilaista ruiskutuskäyttäytymistä sekä alijäähdytetyissä että kiehumisolosuhteissa perinteisiin polttoaineisiin verrattuna. Tämä  antaa kattavan käsityksen näistä polttoaineista ennen niiden käyttöönottoa moottoreissa. Ammoniakki, jolla on erityiset polttoaineominaisuudet eli alhainen kiehumispiste, alhainen viskositeetti ja korkea haihtuvuus muihin polttoaineisiin verrattuna, höyrystyy eniten kiehumisolosuhteissa. Toisaalta tämän väitöskirjan moottoritutkimus keskittyy esisekoitetun ammoniakin ja vedyn polton suorituskykyyn suoraruiskutusdieselpilotilla. Vedyn määrän lisääminen ammoniakkivetyseoksessa parantaa palamista vedyn korkean reaktiivisuuden ja nopeiden palamisominaisuuksien ansiosta.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc