Säkerhetsaspekter med E85 Rapporten framtagen av Ecotraffic under 2006 (finns att ladda ner) Ecotraffic är ett nätverk av konsulter - (drivmedel motor avgasrening) - (miljöutredningar, LCA, mätningar ) Lars Eriksson - bakgrund katalytisk kemi (avgasrening, industriprocesser..) Egon Larsson & Åke Brandberg 1 Bakgrund - Snabb ökning av antalet Flexifuel-bilar E85-bilar - Snabb utbyggnad av E85-tankstationer (nu ca 850 st i landet) --------------------------------------------------------------------------- Etanol & E85 bildar brännbara ångor i slutna utrymmen vid högre temperaturer än bensin Brännbara ångor finns därmed under en större del av året för E85 än för bensin Hur påverkar detta (och andra skillnader) säkerheten? 2 1
Metodik Litteraturstudier Intervjuer Tabellvärden Remissrundor Sammanställning / beräkningar / bedömningar / slutsatser Brasklapp kemi är en experimentell vetenskap 3 Brandrisker Kemiska- och fysikaliska egenskaper - viktiga att känna till för att kunna göra riskbedömningar - omfattning, startförlopp, släckning.. - typ av brand eller explosion man har att vänta sig Två typer av situationer Öppna utrymmen Slutna utrymmen 4 2
Kemiska- och fysikaliska data Ångtäthet (relativt luft) - värden över 1 innebär att ångan ansamlas längs marken Bensin = 4 : = 1.6 : E85 = 2 4 : Diesel = 7 Elektrisk ledningsförmåga (konduktivitet, ps/m) - hög ledningsförmåga bra ur brandsäkerhetssynpunkt eftersom ledande material har förmåga att avleda statisk elektricitet som e.x.v kan uppstå genom friktion Bensin = 50 : = 134 000 : E85 = 134 000 : Diesel = > 50 5 Kemiska- och fysikaliska data Ångtryck (kpa) - bränslen i vätskeform avger alltid ångor - mängden ångor (trycket) beror bla på sammansättning temperatur - när ångtrycket är lika som omgivningstrycket kokar vätskan - svårt starta bensinmotorn vid låga ångtryck - höga ångtryck ger fet ånga Bensin = 45-95 : = 17 : E85 = 35-95 : Diesel = 0.4 6 3
Kemiska- och fysikaliska data Termisk tändtemperatur ( O C) - lägsta temperatur då självantändning av bränsleångor sker (vid närvaro av luft) e.x.v vid kontakt med het yta Bensin = 250 280 O C : = 363 O C Diesel = 220 320 O C : E85 = ~ 260 O C Flampunkt ( O C) - lägsta temperatur vätskan måste ha för att ångan ska kunna antändas med öppen låga Bensin = - 40 O C : = 12 O C Diesel = 60 O C : E85 = - 30 O C 7 Kemiska- och fysikaliska data Förångningsvärme (kj/kg) - energi som åtgår för att förånga vätskan - låga värden i kombination med högt energiinnehåll ger högintensiva bränder eftersom ångfasen snabbt förses med brännbart material Bensin = 335 : = 910 : E85 = ~825 : Diesel = 251 Förbränningsenergi (kwh/liter) - värmeenergi som avges vid förbränning Bensin = 9.1 : = 5.9 : E85 = 6.3 : Diesel = 9.8 8 4
Kemiska- och fysikaliska data Brännbarhetsområde (% i luft) - för att brand eller explosion ska vara möjlig så måste ångans koncentration ligga inom vissa gränser (övre-, och nedre brännbarhetsgränserna) ju bredare intervall desto större sannolikhet för rätt förutsättning Bensin = 1-8 : = 3.3-19 E85 = 1.4 19** : Diesel = 0.6 5.6 ** 9 Kemiska- och fysikaliska data Brännbarhetsområde ( O C) denna egenskap har varit den som debatterat mest - ångans koncentration beror på temperaturen ju högre temperatur ju mer ånga - för brand eller explosion ska var möjlig får ångan inte vara för mager eller för fet - beror också på hur mycket bränsle som finns i tanken Bensin (sommar) - 45 till - 10 : Bensin (vinter) 45 till 20 + 12 till + 40 E85 (sommar) 33 till + 5 (+ 11) : E85 (vinter) 45 till 5 Diesel > 56 10 5
Kemiska- och fysikaliska data Etanol E85 Bensin Diesel MK1 Densitet, vätska kg/m 3 794 765-785 720 775 800 820 Densitet (ångtäthet) Rel.luft 1.6 2-4 3-4 5-6 Kokpunkt o C 78.5 >35 205 * 25-220 180 ca330 El. Konduktivitet ps/m 134.500 som > 50 >50 Ångtryck (DVPE) kpa 17 35-95 45-95 0.4 Flampunkt o C 12 < - 30 < - 40 (56) 60*** Brännbarhetsområde % i luft 3.3-19 1.4 - < 19 1-8 0.6 7.5 Brännbarh.område, sommar* vinter* Termisk tändtemperatur o C +12 till +40-33 till +5* -45 till +-5-45 till -10-45 till -20 >56 o C 363 250 280 220 320 Stökiometriskt luftbehov kg/kg 9,0 10 14,6 14,8 Förångningsvärme kj/kg 910 825 335 251 Förbränningsenergi, LHV kwh/lit 5.9 6.3 9.1 9.8 Förbränningsenergi, LHV MJ/lit 21,2 22,7 32,8 35,3 Flamspridningshastighet m/s 2-4 4-6 0.02 0.08 Diffusionskoefficient cm 2 /s 0,137 mellan bensin och etanol 0,05 0,05 Antändningsenergi min** mj 0.24 ca bensin 0.20 0.24 0.20 0.24 11 Brandrisker i öppna utrymmen Bensin - antänds mycket lätt (låg ångkoncentration krävs, högt ångtryck = mycket ånga bildas, hög ångtäthet = ansamling, låg termisk tändtemperatur = tänds lätt av heta ytor) - småspill förångas snabbt varför faran snabbt är övergående E85 - något lägre risk än för bensin (lägre ångtryck = mindre ånga, en del av ångan består av etanol) Diesel - låg benägenhet att antändas (extremt lågt ångtryck = lite ånga bildas, dieselångor tänds i och för sig lätt mot heta ytor men kräver hög omgivningstemperatur) - låg benägenhet att antändas (lågt ångtryck = lite mängd ånga bildas, låg ångtäthet = ånga diffunderar snabbt bort, hög termisk tändtemperatur = mindre risk att tändas av heta ytor, hög koncentration i luft behövs för att antändning ska kunna ske) 12 6
Brandrisker i slutna utrymmen - relativt hög risk (brännbara ångor finns vid temperaturer mellan ca + 12 och + 41 C E85 - brännbara ångor finns vid fler tillfällen under året än för bensin (upp till flera plusgrader) Diesel - liten risk för antändning. Lägsta temperaturen för att få tillräckligt med brännbar ånga är ca + 56 C. Returflöde från dieselmotorer kyls ofta. Bensin - Oftast obenägen att kunna tändas. Eftersom ångtrycket är så högt så blir ångorna för feta för att kunna antändas. Viss risk kan finnas vid tomma tankar 13 Säkerhetshöjande åtgärder Fordon - etanol är relativt bensin en aggressiv och korrosiv kemikalie. Vidare har alkoholer lägre energiinnehåll än bensin varför mer bränsle måste tillföras motorn. För detta och mycket mer har fordonstillverkarna gjort anpassningar på de bilar de saluför Samtliga tillverkares bedömning är att konvertera på egen hand är ett allt för omfattande och vanskligt företag. (när detta arbete gjordes fanns tre fabrikat av E85-bilar, Saab, Volvo Ford, sedan dess har många fler lanserats ) Tankstationer - för att på ett säkert sätt hantera E85 på tankstationer så har SPI tillsammans med Räddningsverket tagit fram branschrekommendationer 14 7
Vid brand - svårighetsgrad Bensin - utvecklas mycket snabbt. kombinationen låg förångningsenergi och hög förbränningsenergi leder till en våldsam brand med intensiv värmestrålning. det snabba förloppet, höga flamtemperaturer, hög värmefrigörelse, hög värmestrålning, kraftig rökutveckling gör att bensinbränder ofta är mycket farliga. Diesel - startar långsamt p.g.a lågt ångtryck och flamspridningshastighet. Utvecklas p.g.a kombinationen låg förångningsenergi och hög förbränningsenergi till en våldsam brand med intensiv värmestrålning och kraftig rökutveckling. - brinner på ett kontrollerat sätt i princip utan rökutveckling. Hög förångningsenergi i kombination med relativt låg förbränningsenergi medför att relativt lite bränsle förångas. Relativt låg värmestrålning. E85 - liknar till en början en bensinbrand men övergår mer och mer till att likna en etanolbrand. 15 Vid brand - synlighet Bensin- och diesel - brinner med mörkt gula flammor och som är synliga under de flesta förhållanden - endast svagt synligt i dagsljus. Låg värmestrålning vilket kan vara farligt - dock ovanligt med kliniska bränder ofta brinner även annat samtidigt E85 - bensindelen i bränslet är tillräcklig för sotbildning mm - bensinen brinner först varför sotbildning avtar med tiden 16 8
Vid brand - släckningsmöjligheter Bensin- och diesel - svårsläckta bränder (bensin oftast häftigast) eftersom de bland annat inte är blandbara med vatten. Även kraftig värmestrålning och sotbildning försvårar släckningen (svårt att komma nära) - kan släckas med samma metoder som diesel- och bensinbränder. Dock kan vatten användas eftersom det är blandbart med etanol. Brinner vid dock vid låga koncentrationer varför etanolresistent skum är att föredra. Relativt låg värmestrålning kan förenkla släckningen. E85 - vatten är inte bra att använda. Det bildas en fasseparation (en fas med etanol och vatten och en fas med bensin). Brinnande bensin kan då flyta ovanpå. En viss risk kan vara att etanoldelen fortsätter brinna (med svag låga) då bensindelen brunnit upp. 17 Erfarenheter från hantering av etanol Etanol hanteras i stor skala i samhället. Intervjuer med säkerhetsansvariga på några av dessa aktörer har gjorts: Kemetyl AB - hanterar ca 10 000 ton etanol årligen på sin anläggning i Haninge Vin & Sprit - lagrar upp till 5 000 m3 etanol. Sekab - en mycket stor aktör i fråga om etanol till drivmedel Inget av dessa företag har råkat ut för några allvarliga bränder eller explosioner dock ska nämnas att de representerar en professionell hantering till skillnad från E85 som hanteras av gemene man. 18 9
Sammanfattning Diesel Bensin E85 Antändningsbenägenhet Öppen situation 2 9 4 7 Antändningsbenägenhet Sluten situation 5 2 8 (2-4)* 3 (2)* Relativ skaderisk vid brand Relativ skaderisk vid brand släckningsaspekt Relativ skaderisk vid brand brandens synlighet 8 10 3 4 9 10 7 8 1 1 7 3 19 Slutsatser - användning av E85 ökar - E85 bildar brännbara ångor i slutna utrymmen vid högre temp. än bensin - högre sannolikhet att man kan tända ångor från E85 i tankmynningen - anpassningar av fordon och tankstationer tillräckliga för att hantera detta - lägre energiinnehåll (30 % lägre) ger fler bränsletransporter och tanktillfällen - E85-brand sprids långsammare, mindre våldsam än bensinbrand - E85 inte farligare ur brand- och explosionssynpunkt än bensin och diesel - E85, bensin och diesel är brandfarliga Tack 20 10
Nya bilar på gång Koenigsegg Special Edition - 1018hk på E85 På Genèvesalongen i våras presenterade Koenigsegg en etanolkonverterad modell som spottade ur sig mastiga 1018 hk och 1060 Nm. Nu finns det miljövänligare alternativet till salu och bilen på marknaden har fått en lättare omgjord extriör jämfört med utställningsexemplaret i Genève. 21 11