Model-Based Design of Pure and Multicomponent Cellulosic Biofuels for Advanced Engine Concepts

Manuel Dahmen

doi:10.51202/9783186954039

Zusammenfassung

This thesis describes model-based strategies for the identification of pure and multicomponent cellulosic biofuels that exhibit tailored properties for use in high-efficiency, low-emission internal combustion engines. Based on the principles of computer-aided molecular design, algorithmic exploration of the molecular search space by means of carbon- and energy-efficient refunctionalization of bio-derived platform chemicals is combined with quantitative structure-property relationship (QSPR) and group contribution modeling of key physicochemical fuel properties including the derived cetane number. The resulting virtual fuel screening approach is applied to the task of identifying oxygenated fuel candidates for both spark-ignition and compression-ignition engines. Optimization-based formulation of 100%-renewable biofuel blends is performed by means of integrated product and pathway design. Application of the novel design methodology yields biofuel mixtures that exhibit both the desired p...

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Bibliographische Angaben

Erscheinungsjahr: 2017
Erscheinungsdatum: 23.12.2017
ISBN-Print: 978-3-18-395403-2
ISBN-Online: 978-3-18-695403-9
Verlag: VDI Verlag, Düsseldorf
Reihe: Verfahrenstechnik
Band: 954
Sprache: Deutsch
Seiten: 276
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Teilzugriff Seiten I - XVIII Download Kapitel (PDF)
1. Structure of this thesis Kein Zugriff
2. Previous publications of contents and results Kein Zugriff
1. 1. Early-stage, rapid screening of fuel auto-ignition quality Kein Zugriff
  2. Cellulosic biofuels studied in research engines Kein Zugriff
  3. Perspectives on the definition of tailor-made fuels Kein Zugriff
2. Exploitation of the structure of lignocellulosic biomass Kein Zugriff
3. Carbon- and energy-efficient biofuel production Kein Zugriff
4. 1. Group contribution (GC) modeling Kein Zugriff
  2. Quantitative structure-property relationship (QSPR) modeling Kein Zugriff
1. Main principles in structure generation Kein Zugriff
2. Relations to rule-based reaction network generation Kein Zugriff
3. Pool-based scheme and implementation Kein Zugriff
1. Materials and methods for the rapid screening Kein Zugriff
2. 1. Selection of the general model structure Kein Zugriff
  2. Systematic model reduction Kein Zugriff
  3. Proposition of the final model Kein Zugriff
  4. Model validation Kein Zugriff
3. Model application and uncertainty Kein Zugriff
4. Conclusions and outlook Kein Zugriff
1. 1. Descriptor calculation, data pretreatment and outlier removal Kein Zugriff
  2. Model derivation, validation and application Kein Zugriff
2. Comparison with GC-based prediction of thermophysical properties Kein Zugriff
3. QSPR-based prediction of fuel auto-ignition quality Kein Zugriff
4. Conclusions and outlook Kein Zugriff
1. Candidates for spark-ignition (SI) engines Kein Zugriff
2. Candidates for compression-ignition (CI) engines Kein Zugriff
3. Conclusions and outlook Kein Zugriff
1. Existing methodologies for computer-aided mixture design Kein Zugriff
2. Blend design framework for tailor-made fuels Kein Zugriff
3. 1. Extension of reaction network flux analysis Kein Zugriff
  2. Biomass supply Kein Zugriff
  3. Calculation of process performance measures Kein Zugriff
4. 1. Distillation curvemodel Kein Zugriff
  2. Reid vapor pressure model Kein Zugriff
  3. Phase stability criteria Kein Zugriff
5. Problem formulation and solution strategy Kein Zugriff
6. 1. Scenario description Kein Zugriff
  2. Results Kein Zugriff
7. Conclusions and outlook Kein Zugriff
Conclusions and outlook Kein Zugriff Seiten 175 - 178
1. Transformation rules for molecular structure generation Kein Zugriff
2. Experimental ignition delay data Kein Zugriff
3. 1. Group decomposition and descriptor data Kein Zugriff
  2. Comparison of measurement data with results of GC model Kein Zugriff
  3. Sensitivity equations and covariancematrix Kein Zugriff
4. Derivation of QSPR models Kein Zugriff
5. 1. Application of Hoffmann-Florin equation Kein Zugriff
  2. Application of COSTALD method Kein Zugriff
  3. Trade-off analysis: Hydrogen demand vs. energy of fuel produced Kein Zugriff
  4. Data and references for the case study Kein Zugriff
Bibliography Kein Zugriff Seiten 227 - 276