Nascimento, Reinaldo – Global Market Lead | Performance Fuel Additives | PVT Ketal Dorf
Valera, Aileen – Global Technical Support Lead | Performance Fuel Additives | PVT Ketal Dorf
Resumo
A sustentabilidade está se tornando um fator-chave para a inovação no século XXI. A mudança climática está acontecendo agora e continua a ser diretamente atribuída ao aumento das emissões e dos gases de efeito estufa. É dada ampla atenção às emissões excessivas de dióxido de carbono (CO2) devido ao uso de combustíveis fósseis. Após o Acordo de Paris de 2015, 195 países concordaram em limitar o aumento da temperatura global a 2 °C até o final do século e continuar os esforços para reduzi-lo ainda mais para 1,5 °C. Para apoiar esse esforço global, a Dorf Ketal desenvolveu uma nova tecnologia de aditivos que melhora a combustão de combustíveis líquidos usados em motores de combustão interna. Isso resulta em melhor aceleração do veículo, potência e redução das emissões de saída do motor para um determinado volume de combustível consumido. A redução no consumo de combustível contribui diretamente para os esforços globais para reduzir a carbonização, incluindo o CO2. Este artigo fornece uma visão geral dos dados desenvolvidos até o momento e do impacto potencial caso a tecnologia seja implantada de maneira oportuna e apropriada.
Introdução
Os seres humanos têm tradicionalmente desenvolvido a sua economia através da queima de combustíveis fósseis, aumentando assim as emissões de dióxido de carbono, uma das principais causas do efeito estufa e, portanto, do aquecimento global e das mudanças climáticas. A mudança climática é um dos maiores desafios ecológicos e sociais que a nossa sociedade global tem a enfrentar. O movimento global sobre as mudanças climáticas começou em 1992, durante a Rio 92 (Rio de Janeiro, Brasil); no entanto, o acordo de Paris de 2015 foi fundamental em termos de ação, já que 195 países concordaram em limitar o aumento da temperatura global a 2 °C até o final do século e continuar os esforços para reduzi-lo a 1,5 °C a partir de então.
O processo em curso para atingir esse objetivo é conhecido como “descarbonização”. A descarbonização é o processo de redução das emissões de carbono para a atmosfera, especialmente sua forma como dióxido de carbono (CO2). Seu objetivo é apoiar uma economia global com emissões reduzidas para alcançar a neutralidade climática através da transição energética. A descarbonização requer um processo de transição energética, como mudanças estruturais, para reduzir ou eliminar o carbono da produção de energia. No final da escala, isso inclui eletrificar a economia usando apenas fontes alternativas de energia limpa que o planeta Terra pode absorver. No entanto, este será um processo longo e desafiador de alcançar. Como resultado, ocorrerá um período de transição em que haverá uma matriz energética híbrida, com diversas fontes de energia contribuindo para suprir a demanda total. Esta matriz energética continuará a incluir o uso de combustíveis fósseis, buscando, no entanto, alternativas mais eficientes para seu uso.
Grupos de lobby como a aliança eFuel trabalham para pressionar por uma abordagem tecnologicamente neutra para a descarbonização, mas o fim da era de dominância dos motores de combustão interna (MCI) acontecerá. A questão é o quão rápido isto irá ocorrer. Embora a tendência seja clara, estimativas recentes sugerem que mais de 60% do parque global de carros ainda utilizará MCI até o final da década atual. Isso significa que as soluções tecnológicas continuarão a ser necessárias se houver alguma chance de cumprir as metas de redução de emissões que estão sendo discutidas em várias plataformas e órgãos políticos da indústria.
Este trabalho explorará o uso de aditivos de desempenho para combustíveis como uma solução muito real e já comprovada para contribuir para essas metas de redução de emissões e alcançar a sustentabilidade para nossa demanda futura de energia.
Emissões de diesel e gasolina
Em 2019 (pré-pandemia), o consumo mundial de diesel atingiu 27,9 milhões de barris por dia. A gasolina atingiu um consumo mundial de 26,36 milhões de barris por dia. O consumo desses combustíveis causa a emissão de CO2 na atmosfera, além de outros contaminantes nocivos, como SOx e NOx. Além disso, a emissão de partículas sólidas (fuligem), componente predominante da poluição nas grandes cidades, causa graves danos à saúde das pessoas, principalmente no que diz respeito às infecções respiratórias.
Com base nos dados de consumo de diesel e gasolina para 2019, estima-se que 21.391.337,25 toneladas de CO2 foram liberadas na atmosfera diariamente.
Várias iniciativas estão sendo adotadas para reduzir as emissões derivadas do uso de diesel e gasolina e contribuir para a sustentabilidade de nossa demanda de energia, a saber:
- Fabricação de motores mais eficientes.
- Adição de biocombustíveis aos combustíveis fósseis.
- A introdução de combustíveis sintéticos.
- Substituição de veículos de combustão por veículos elétricos e híbridos.
- Melhoria da qualidade do combustível através de processos de produção, como hidrotratamento e aditivos químicos.
- Maior eficiência de combustível usando aditivos químicos de desempenho.
- Condução eficiente (hypermiling).
Com exceção dos itens relacionados à “melhoria da eficiência de combustível através do uso de aditivos químicos de desempenho” e “hypermiling”, todos os outros exigem investimentos significativos de capital, adicionando assim um fator de tempo adicional, antes do qual qualquer retorno sobre o investimento pode ser esperado e atrasando ainda mais o alcance das metas globais de sustentabilidade.
Trabalhar para melhorar a eficiência de combustível através do uso de aditivos de combustível de desempenho não requer investimento de capital, e os benefícios podem ser obtidos imediatamente ao usar essa tecnologia. Por exemplo, suponha que todo o volume de diesel e gasolina consumido em um único dia – considerando os volumes de 2019 – tivesse usado aditivos para melhorar a eficiência da combustão; ao alcançar uma economia média de consumo de 5%, a estimativa é que deixariam de ser emitidos 1,07 milhão de toneladas de CO2 para atmosfera.
OEMs como a Hyundai[1] acreditam que a indústria pode responder de forma rápida e eficaz à necessidade de combustíveis sintéticos e sustentáveis. Para gerenciar isso, os produtores de combustíveis e a indústria de aditivos devem colaborar para fornecer combustíveis sustentáveis para os próximos anos. Para combustíveis de baixa qualidade, o uso de aditivos é crucial.
Eficiência de Combustível x Menos Emissões
A combustão de um combustível à base de hidrocarbonetos, independentemente da sua qualidade, nunca é 100% completa. Em uma reação de combustão completa, os elementos-chave de qualquer combustível – carbono, hidrogênio e oxigênio – são convertidos em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Quando ocorrem reações incompletas, monóxido de carbono (CO), fuligem (hidrocarbonetos não queimados) e outros variantes químicos são geradas.
Considerando um componente típico da gasolina (octano), as reações gerais são mostradas abaixo:
(1) 2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O + calor↑ DeltaH = -10,941.3 kJ/mol
(2) 2 C8H18 + 17O2 → 16CO + 18 H2O + calor↑ DeltaH = -6,413.6 kJ/mol
(3) 2 C8H18 + 9 O2 → 16C + 18 H2O + calor↑ DeltaH = -4,645.1 kJ/mol
Em um motor de combustão interna (MCI), essas reações típicas ocorrem simultaneamente, embora em vários graus, dependendo da eficiência de todo o sistema. Em um novo MCI, onde todos os componentes ainda estão limpos e novos, a reação química (1) é predominante e ocorre uma utilização eficiente de combustível. Quando os componentes do motor começam a sujar (formar depósitos) ou a desgastar, as reações químicas (2) e (3) aumentam sua contribuição, exigindo assim mais combustível para realizar a mesma quantidade de trabalho. À medida que mais combustível é consumido, mais gases de combustão também são emitidos, incluindo o CO2, que agora se tornou uma preocupação fundamental devido à sua significativa contribuição para o efeito estufa, resultando no aumento do aquecimento global. Outras emissões também contribuem para o “Efeito Estufa”, mas não no mesmo grau que o CO2.
Como discutido, a queima de combustíveis fósseis emite gases de efeito estufa para a atmosfera, o que é uma grande preocupação. Como resultado, o foco está no desenvolvimento de energia alternativa para alimentar veículos para reduzir as emissões de gases. Os combustíveis alternativos são um meio para alimentar os veículos. Tais combustíveis alternativos incluem, mas não se limitam a, etanol, biodiesel, gás natural e células de combustível de hidrogênio. Os “combustíveis alternativos” mais comumente usados hoje são as misturas gasolina-etanol e diesel-biodiesel. A principal preocupação para esses combustíveis alternativos é sua eficiência versus custo quando comparados aos combustíveis fósseis. O tabela 1, a seguir, mostra o teor energético típico de vários combustíveis.
| Gasolina | Diesel No.2 | Etanol | Biodiesel | |
| Teor energético (KBtu/gal) | 124,3 | 137,4 | 84,5 | 127,9 |
| Energia do Etanol/Energia da Gasolina (%) | 100% | – | 77% | – |
| Biodiesel Energia / Diesel No.2 (%) | – | 100% | – | 93% |
Considerando a tabela acima, algumas questões surgem.
Em países onde a adição de etanol se tornou obrigatória, como o Brasil, que exige a adição de 27% de etanol anidro à gasolina (E27), qual seria a solução para aumentar a eficiência do E27, mantendo os benefícios da redução das emissões proporcionadas pela adição de etanol?
A adição de biodiesel ao diesel No.2 traz outros problemas, como a tendência de bloqueio do filtro (FBT). Em alguns países, o uso de B30 (uma mistura de biodiesel de 30% em peso) é uma realidade. No entanto, devido ao menor teor de energia, isso significa menos eficiência de combustível devido à redução de energia do combustível, bem como potenciais problemas de FBT.
Mais uma vez, poder-se-ia questionar “o que pode ser feito para aumentar a eficiência de combustível sem comprometer a contribuição de redução de emissões proporcionadas pelo uso dos biocombustíveis?
Em vários países, a qualidade dos combustíveis é muito baixa. Sabe-se que a baixa qualidade do combustível, pode resultar no atraso na abertura e fechamento dos sistemas de injeção de combustível. Isso causa uma fraca atomização do combustível, má formação de pulverização e mistura de combustível/ar. A má qualidade do diesel pode causar depósitos e corrosão nos bicos injetores. O resultado é “redução da eficiência de combustível e aumento das emissões”.
Considerando todos os itens acima, a abordagem da Dorf Ketal para resolver tais questões, tem sido através da melhoria da eficiência da combustão.
A eficiência de combustão do motor é a taxa na qual um motor converte combustível em energia. Vários parâmetros são considerados para medir a eficiência geral de combustão do motor.
a) Concepção do motor.
b) Sistema eletrônico de controle da injeção de combustível.
c) Composição do combustível.
d) Padrões de condução – a maneira em que um condutor conduz (hypermiling).
e) A quantidade de oxigênio que entra na câmara de combustão.
f) Fatores exógenos, tais como a má qualidade do combustível, o grau de limpeza do sistema de injecção, o desgaste das peças etc.
Ao adotar uma tecnologia que melhora a eficiência da combustão, já está provado que é possível gerar economias significativas de combustível, contribuindo diretamente para a redução de emissões e melhoria da sustentabilidade. Esta tecnologia funciona permitindo um processo de combustão mais eficiente que maximiza a reação química (1) e minimiza as reações químicas (2) e (3). Mais energia é liberada, resultando em maior eficiência e menor consumo de combustível. Como consequência direta, ao reduzir a quantidade de combustível necessária para executar um determinado trabalho, níveis mais baixos de emissões de CO2, CO e fuligem também são alcançados.
Uma solução prática comprovada é o uso de aditivos de desempenho contendo “melhorador de combustão” misturado com aditivos convencionais de controle de depósito e modificadores de atrito. A abordagem do “melhorador de combustão” oferece à indústria uma rota verdadeiramente inovadora para o aumento imediato da economia de combustível e a redução das emissões do motor, sem comprometer o desempenho e a experiência do motorista. Essa tecnologia foi introduzida no mercado pela Dorf Ketal e está rapidamente se tornando a tecnologia preferencial, à medida que mais e mais Distribuidoras de combustível e clientes adotam esta abordagem. A razão é simples, ela oferece melhorias instantâneas nos fatores (e) e (f) na lista acima.
A seguir está uma lista dos mecanismos que atuam sobre esses fatores:
I. Os componentes detergentes, ou aditivos de controle de depósito, como também são conhecidos, atuam limpando e impedindo o acúmulo de depósitos de carbono dentro de sistemas de injeção, câmaras de combustão e outros componentes do motor.
II. Os modificadores de atrito reduzem o atrito e evitam o desgaste dos anéis de segmento e pistões, mantendo assim a eficiência do projeto do motor.
III. O Dorf Ketal introduz em seus aditivos, o componente “melhorador de combustão” em sua geração mais recente, é não-metálico e totalmente orgânico, conhecido como molécula COMBTRON™. Este componente, proporciona uma distribuição inteligente de oxigênio durante o processo de combustão, maximizando assim a equação (1) e reduzindo a ocorrência das equações (2) e (3). Isso ocorre em parte devido ao aumento da interação molecular das partículas de combustível com o oxigênio, permitindo a atomização nanométrica das gotículas de combustível durante a pulverização do combustível na câmara de combustão.
A combinação de mecanismos (I), (II) e (III) resultou, na redução do consumo de combustível em porcentagens que variam de 4% a 20% em aplicações de bancada e na vida real.
Este pacote tecnológico já é utilizado em países da Ásia, Índia, América Latina e Europa. No Brasil já é comercializada regularmente. Benefícios de desempenho são alcançados e não há uma única falha relatada.
Para apoiar o exposto acima, segue um resumo de alguns dos principais dados de testes que foram gerados em renomados Institutos de Testes, assim como, a partir de testes de frota da vida real.
Resultados
Testes dinamômetro-chassis
Os testes do dinamômetro-chassi demonstram a capacidade da tecnologia de aditivos de combustível para reduzir as emissões como resultado da melhoria da economia de combustível e da eficiência energética. Isso é o resultado direto da melhoria de combustão. Os dados também mostram uma redução significativa do monóxido de carbono. A redução das emissões de dióxido de carbono é relativamente proporcional à economia de combustível; no entanto, a taxa de redução das emissões de monóxido de carbono é, em média, seis vezes superior.
| Combustível | Método de Teste | Ciclo de Acionamento | Economia de Combustível (%) | Redução CO2 (%) | Redução de CO (%) | Redução NOx (%) |
| Gasolina (EO) | Chassis Dinamômetro | WLTC | 2,4 | 2,4 | 18,8 | 16,3 |
| Diesel (B10) | Chassis Dinamômetro | WLTC | 3,4 | 3,4 | 27,3 | 7,7 |
Testes da vida real
Para os testes da vida real, considera-se que a economia líquida de combustível impacta diretamente na redução de emissões, onde se podem utilizar os modelos matemáticos já desenvolvidos e validados pelo IPCC. Os ensaios de vida real são considerados os mais significativos, uma vez que incorporam nos seus resultados vários mecanismos simultâneos que contribuem positiva ou negativamente para a redução das emissões. Como parte do pacote de tecnologia Dorf Ketal, um modelo matemático foi desenvolvido para estimar as emissões de diesel, que calcula as emissões de CO2, CO, NOx, SO2, hidrocarbonetos e partículas. O software foi desenvolvido para apoiar os testes de campo de grandes frotas de veículos a diesel.
Estudo de caso 1
Uma frota de uma empresa localizada na América do Sul, composta por caminhões VOLVO FH 460, queria provar a eficiência dos aditivos de combustível diesel da marca milEx® da Dorf Ketal. Para isso, a empresa contratou um Centro de Tecnologia especializado em testes de desempenho veicular. A primeira fase do teste consistiu na realização de ensaios em condições controladas numa pista de ensaio coberta e num circuito de rua. As emissões foram medidas diretamente usando o sistema Dynafleet® da VOLVO.
| Componente | Sem aditivo (emissão/100 km) | Aditivo (emissão/100 km) | % Redução |
| CO2 (tonelada) | 0,13369 | 0,12715 | 4,89 |
| CO (kg) | 0,05121 | 0,04900 | 4,33 |
| HC (kg) | 0,05337 | 0,05062 | 5,16 |
| NOx (kg) | 0,35688 | 0,33974 | 4,80 |
| SO2 (g) | 0,16927 | 0,16198 | 4,31 |
| Partículas | 0,00593 | 0,00486 | 18,06 |
| Combustível | Sem aditivo (km/l) | Com Aditivo (km/l) | % Redução |
| Diesel B12 | 2,0 | 2,09 | 4,5 |
Os resultados obtidos no sistema Dynafleet® da VOLVO demonstram uma economia de combustível real que resultou em redução de emissões. O diesel aditivado proporcionou uma economia média de combustível de 4,5% e reduziu as emissões de partículas na ordem de 18%, demonstrando claramente que o melhorador de combustão favorece a reação química (1).
Estudo de caso 2
Uma grande empresa de cana-de-açúcar na América do Sul decidiu testar a eficiência do aditivo de combustível diesel da marca milEx® da Dorf Ketal para obter economia de combustível. A Divisão Agrícola da empresa selecionou 29 caminhões de acordo com a tabela abaixo:
| Volvo FM500 | Volvo FM540 | Volvo VM220 | Volvo VM270 | Volvo VM32 | Volvo VM330 | Scania G540 | Ford C2629 | Ford C816 |
| 10 | 4 | 1 | 2 | 4 | 5 | 1 | 1 | 1 |
O teste foi realizado por 30 dias, utilizando-se diesel com baixo teor de enxofre (10 ppm -S10) com 12% de (B12). O teste mostrou uma melhoria média da economia de combustível de 4,3%. O cliente informou um consumo mensal de 320.000 litros de diesel S-10 para abastecer os caminhões desta frota durante a safra. Com o aditivo milEx, estimou-se uma redução de consumo de 13.160 litros/mês. Usando a calculadora milExCalc™, esta empresa reduziu sua pegada de emissões conforme a tabela a seguir.
| CO2 (tonelada/mês) | CO (kg/mês) | HC (kg/mês) |
| 36,83 | 13,90 | 14,45 |
| NOx (kg/mês) | SO2 (kg/mês) | Fuligem (kg/mês) |
| 96, 46 | 0,045 | 6,41 |
Estudo de caso 3
Uma grande empresa nacional de petróleo na Ásia pretende adicionar o aditivo de combustível da marca milEx® da Dorf Ketal em cerca de 6 bilhões de litros/ano de diesel para os próximos quatro anos. Depois de ter uma eficiência comprovada na economia de combustível de cerca de 11,3%, como parte de sua estratégia, busca oferecer aos seus clientes um diesel mais eficiente para capturar os benefícios de marketing associados à pegada de carbono. Levando em consideração esta base, a contribuição para a sustentabilidade que essa grande empresa nacional entregará é mostrada na tabela abaixo.
| CO2 (tonelada) | CO (kg) | HC (kg) |
| 7.258.298,08 | 2.739.120,00 | 2.847.600,00 |
| NOx (kg) | SO2 (kg) | Fuligem (kg) |
| 19.011.120,00 | 8.949,60 | 650.169,60 |
Conclusões
Maximizar a eficiência de combustível usando a química de aditivos de combustível é uma alternativa de baixo custo e agora comprovada para garantir o sucesso de longo prazo do mercado de combustíveis.
Os aditivos de combustível Dorf Ketal milEx®|mph® são tecnologias comprovadas para apoiar a maximização imediata da eficiência de combustível.
A maximização da eficiência de combustível usando aditivos de combustível impacta positivamente na redução de emissões, contribuindo para a sustentabilidade ambiental.
As Companhias Petrolíferas internacionais e nacionais e todos os Distribuidores finais podem dar uma significativa contribuição para reduzir o impacto ambiental causado pelos combustíveis fósseis e, assim, apoiar os seus próprios objetivos de sustentabilidade, adicionando ao diesel e à gasolina as tecnologias de aditivos de combustível da marca milEx®|mph® da Dorf Ketal.
[1] https://www.fuelsandlubes.com/fli-article/hyundai-motor-new-fuels-new-challenges/
