E85 - förmågan att absorbera vatten

Publicerad 2011

Algoritmisk analysmetod för att bestämma vattenhalten i E85

I slutet av 2010 märkte jag att den E85 som var tillgänglig i trakterna där jag befinner mig plötsligt uppvisade extrema egenskaper. Bränslets vattenabsorptionsegenskaper skiftade kraftigt från låg eller hög absorptionsförmåga. Den här mätmetod visade sig inte längre tillförlitlig eftersom jag samtidigt gjorde densitetsmätningar. Densitetstesterna överensstämde inte med absorptionsproven. Anledningen hur det kunde komma sig är inte klarlagt, men det är fastställt att det handlar om bränslet - alltså på bränslets ingående komponenter. Vilken komponent det är som orsakar skiftningar i vattenabsorptionsförmågan är inte heller klarlagt. De formler och data som här står som grund; att vattenhalten går att bestämma efter ett absorptionsprov - är inte längre konsekvent. E85 kan tydligen innefatta (för mig) okända egenskaper, men om man leker med tanken att E85 enbart består av etanol och bensin så anser i varje fall jag att den här mätmetoden är tillförlitlig.

Mina funderingar kring dehydrering/absolutering av E85 i jämförelse med andra spritsorter har lett mig in till detta experiment. Syftet är att få klarhet i hur mycket vatten som kan absorberas utan att bensinen börjar avskilja sig. Vidare har detta utvecklat sig till en egenkomponerad analysmetod för att ur ett godtycklig prov av E85 kunna bestämma dess eventuella vatteninnehåll.

Jag tror jag måste förtydliga vad det här handlar om först:
Som jag sa så genomgår etanolen som ska blandas till E85 en kostnadskrävande process för att bli av med det kvarvarande vatten som destillationen inte kan få bort. Det är bara möjligt att destillera alkohol upp till 96%, det resterande vattnet kan inte destilleras bort utan måste via den kemiska vägen drivas ur etanolen. Syftet med att göra så är omdiskuterat. Många tror att det beror på att etanol med omkring 5% vatten inte kan blandas med bensin. Det jag har upptäckt när jag mätte upp bränsleförbrukningen var att om etanol/E85 innehåller vatten så blir bränslet mindre energirikt. Det går bra att tanka i en bil men det ger en lägre energivinst. Tvärtemot vad många tror så går det alldeles utmärkt att blanda stora mängder vatten i E85 utan att etanolen och bensinen skiktar sig. Detta är lite oroande eftersom de som säljer E85 kan blanda i vatten (som mest 27%) och sedan ta betalt som om det vore E85 utan vatten.

För att belysa vilka vattenmängder det rör sig om när det gäller E85 och dess absorptionsförmåga så gjordes tre försök. Ett med E85 och två med handelssprit, dels för rengöring och en för spolarvätska. Just dessa tre prover tar inte hänsyn till MTBE-innehållet i den blyfria 98 oktaniga bensinen. Enligt en vag uppgift innehåller BF98 ca 10 % MTBE. Vidare är absorptionsförmågan större för BF98 än för BF95. BF95 ska även innehålla upp till 20% MTBE. Blandar man 15 % BF95 med 85 % etanol blir halten MTBE ca 3 %. Bensinhalten i de tre proverna är ca 1,5 ml lägre då. MTBE är ett oktanhöjande fossilt bränsle som dock är lösligt i vatten/sprit.

För proverna tillsätts destillerat vatten i 100 ml av etanolbränslet. Införseln av vatten avbryts när provet visar tecken på grumlighet. Grumligheten indikerar att fasseparationen har påbörjats. Fasseparation är detsamma som skiktning av bensin- och etanol/vattendelen och beror på temperaturen och på proportionerna av de ingående komponenterna. En stor etanolkomponent ger stor vattenabsorption medan en liten ger mindre absorption.

T-röd	T-blå	E85
85 ml T-röd och 15 ml BF98	85 ml T-blå och 15 ml BF98	98 ml E85 och 2 ml BF98
Mängden vatten = 25 ml	Mängden vatten = 17 ml	Mängden vatten = 22 ml
Procentandel vatten = 24%	Procentandel vatten = 18%	Procentandel vatten = 22%

Procentandelen är i viktkvantitet gällande vattnets vikt i förhållande till den totala vikten bränsle. Beräkningarna är gjorda efter antagandet att densiteten för etanol är 0,79 g/ml och 0,74 g/ml för bensin.

Eftersom det handlar om så stora vattenmängder så förändras proportionerna etanol och bensin ganska drastiskt. Dessa blir alltså mindre än vad de var innan vattnet tillsattes.

För att undersöka hur väl absorptionen av ett vattenmättat prov var så gjordes ett temperaturtest:
Det fick utstå -18 graderoch uppvärmning till kokpunkten.
Det visade dock inga tecken på avskiljning.

Viktsprocent vatten i etanoldelen för varje prov:

T-röd	T-blå	E85
73% sprit & 27% vatten	80% sprit & 20% vatten	76% sprit & 24% vatten

Nya inhämtade fakta avslöjade att det är samma sprit i T-röd som det är i E85, det är därför T-röden inackorderar så lite vatten, ty den är behandlad i en dehydreringsanläggning. Bortsett från att bränslestationerna kan lura av oss pengar p.g.a. vattenhaltig E85, så kan man med små medel uppskatta vattenhalten för ett visst E85. Jag skall visa några hållpunkter i beräkningsgången gällande det här problemet.

Enligt Statoils informationsblad (finns ej längre) är/var densiteten för E85 784 kg/m³ med sommarkvalité och 782 kg/m³ med vinterkvalité. Omsatt till mindre enheter blir medeldensiteten 0,783 g/ml.

100 ml E85 (Statoil) väger således 78,3 gram och kan delas upp i dessa komponenter:

3 % MTBE => 2,35 gram
85 % Etanol => 66,56 gram
12 % Bensin => 9,40 gram

I Sverige innehåller bensinen som blandas i E85 ca 20% MTBE. Den inkräktar inte på etanoldelen eftersom den från början kommer ur bensinen, dessutom klassas MTBE som ett fossilt bränsle och har samma densitet som bensin. Ett skiktprov (justerat för MTBE) som visar E80 (80% etanol) väger etanolen 62,6 g (0,8 x 78,3). Densitet för bensin respektive etanol är 0,74 och 0,79 g/ml, vilket är ganska lika. Tar man istället volymen 80 ml gånger densiteten 0,79 så ger det 63,2 g. Med ett densitetstal som välj till 0,783 kompenserar man bort felet.

När E85 förorenas av vatten så förändras proportionerna. Vi har en vattenkomponent som upptar en viss procent, hur stor vet vi inte. Ett skiktprov visar inte det faktiska bensin och etanolinnehållet om det inkommit vatten efter att den producerades. Om E85 späds ut med vatten så blir andelen bensin och etanol lägre än den var från början.

Då jag har bemödat mig att göra ett antal försök med olika E-kvalitéer kunde dessa diagram ta form och med hjälp dem kan man se hur mycket vatten som kan absorberas innan fasseparation inträder.

fasseparationsdiagram

Ur diagrammen kan man avläsa fasseparationspunkten i viktprocent av bränslet (by fuel) och särskilt för spritkomponenten (by ethanol) i bränslet. Tydligen skiljer sig fasseparationspunkten ganska markant beroende på vilken sorts bensin som används. Används 98 oktan eller V-Power som bensinkomponent kan man absorbera mera vatten än om för vanlig blyfri 95. Vad detta beror på är svårt att sia om, men man skulle exempelvis kunna föreställa sig att bensin av finare sort ska kunna absorbera mera vatten - blyfri 95 (E5) har ju redan etanolen som absortionsadditiv... Eftersom skillnaden är så tydlig borde man kunna avgöra vilken bensinsort det rör sig om när man utför ett prov?

Analysresultatet för vattenhalten kommer alltid baseras på algoritmen gällande V-power/blyfri 98. Jag har gjort en formulärmässig guide i Excel som snabbt kan kalkylera fram vatteninnehållet i E85 med hjälp av ett tidigare skikt- och absortionsprov.

Föreställ nu att ett skiktprov visade E90 trots att provet innehåller vatten - exempelvis 10 % vatten i etanolen (10 % vatten är inte detsamma som 10 g vatten här). Eftersom provet innehöll 10 % vatten så var det egentligen E89. Ett annat exempel: Vi har E65, det innehåller 10 % vatten - sålunda är det E63. Vi har E75 och det innehåller 10 % vatten - det är E73 osv. Man kan då konstatera att avvikelsen är marginell i jämförelse med eventuella mätfel, ty procentavvikelsen för E63 och E65 är 0,6 % - drygt en halv procent och för E89/E90 - 1,3 %. Men räkna alltid med ett fel omkring ±0,5 % för den lägre och ±1 % för den högre kvalitet (om halten vatten är uppåt 10 %).

Vi skrider till verket. Mät upp 100 ml E85 och tillsätt försiktigt vatten under omrörning (i rumstemperatur). Sluta när provet visar tecken på grumlighet. När detta händer påbörjas det som kallas för fasseparation - bensinen/spriten separerar. Anteckna mängden vatten som tillsattes i milliliter. Jag förutsätter att du redan har gjort ett skiktprov, om inte - fastställ kvalitén med ett skiktprov. Exempelvis kunde du tillsätta 10 ml vatten för E88. - Hur många procent blir det? 10 ml är 10 g och vikten etanol är 88 x 0,783 = 68,9 g.

Tillsatsen av vatten för provet var: 100 x 10 / (10 + 68,9) = 12,7 %   (viktprocent vatten för etanolen räknat)

Algoritm för maxtaket till V-power: (88 - 60)² / 56 + 16 = 30,0 %   (max viktprocent vatten i etanol för E88)

Algoritm för maxtaket till E5: (88 - 55)² / 64 + 11,4 = 28,4 %   (max viktprocent vatten i etanol för E88)

Exempelprovet innehåller vatten eftersom endast 12,7 % vatten kunde tillsättas (inte 28 eller 30). Andelen vatten i spriten för denna E88 är (enligt V-power som referens): 30,0 - 12,7 = 17,3 %

För att kompensera med felet som nämndes ovan bör resultatet vara detta (17,3 - 2): 15,3 %

Felprocenten finns där, dels för att det är svårt att läsa av provet när det blir grumligt (1 %) och dels för att vattenhalten överstiger 10%.