本文将展现，如何利用两种光学测试技术，应用在现场燃料合规性的检测中。更具体地说，便携式X射线荧光（XRF）和衰减全反射（ATR）光谱仪已经分别用于测量燃料样品中硫含量和脂肪酸甲酯（FAME）的浓度。 MARPOL公约附则VI和ISO8217已经规定了用于测量燃料样品中硫含量的XRF光谱法。然而，直到最近才有合适的仪器可用于现场测量。在本研究中，使用符合ISO 8754的便携式能量分散XRF光谱仪，用于确认由燃料驳船运输的多种燃料是否符合商定的规范。所有从研究中得出的各种结论及测量的结果报告，都已经记录在相关规范和条例内。不难看出，这种在现场进行燃料硫含量测量的实验室类型的、快速的测量能力，对船用燃料购买者和供应商（以及港口国当局）都非常有用。 馏分燃料中的FAME会促进燃料氧化，微生物生长，降低低温流动性，因此受到许多燃料购买者的关注。事实上，ISO 8217:2017标准要求大多数馏分等级的燃料不含或含有最低含量的FAME。此外，国防采购燃料规范中通常规定，馏分燃料仅含有痕量的FAME。考虑到这一点，开发了一种稳定的衰减ATR光谱仪，可用于各种流体参数的便携测量，包括馏分油中的FAME。目前通过该仪器确认了一系列船用馏分燃料样品中FAME的含量水平，其仪器的能力及有效性已经得到充分证明。该技术具有较高的精度、较低的偏差，表明该技术可作为快速筛选工具，用于减少陆基实验室的工作量。

巴黎协定COP21法案提出了CO2的减排目标。航运业将于2025年开始实施EEDI第三阶段的CO2排放限值。排放法规将日趋严苛。气体燃料因减排优势正得到广泛关注。DAIHATSU DIESEL有系列化的船用双燃料发动机型号，不仅可使用LNG也可以使用LPG燃料，适应不同品质气源且方便操作，可以适应未来代用燃料的使用需求。LPG燃料可能在组织预混稀薄燃烧时出现爆震等异常燃烧的风险，且很难直接监测。因此，有必要开发将LPG转化为高甲烷值气体的重整技术。本文将介绍气体重整器的原理及发动机燃用重整气的试验结果。此外，还将阐述反应器的设计技术和操作方法。将详细介绍DAIHATSU发动机适用多种气体燃料的最新解决方案。

CO2排放已成为当今船舶工业的一项主要环境问题挑战，国际海事组织已与2018年4月作出历史性决策，宣布截至2050年，船舶温室气体排放相比2008年将至少下降50%。为了应对气候变化，遵守巴黎协定，国际航运业宣称将坚定地参加这场挑战。 为了达到这项具有挑战性的目标，船舶行业采取了相关措施，主要包括使用代用燃料、降低船舶航行速度、修改发动机和船舶设计。类似降低船速可以获得最低油耗，从而实现CO2排放的可量化测量手段，使用低碳代用燃料是目前最佳的技术路线。IMO船舶能效指数（EEDI）对于2013后新造船舶执行得越来越严格（2025年的三阶段比2013年降低30%）。为使船舶整体能效提升，许多零部件需要重新设计，这就需要船舶主机进行持续改进能效设计，降低油耗和CO2排放。 为了达到更加深入的减排目标，发动机润滑油起了关键作用：当采用专门的设计降低摩擦损失，会改善发动机的能耗，通过降低油耗实现降低CO2排放。道达尔公司为中速四冲程发动机开发出一款燃油经济型润滑油，对比当前使用的润滑油，预计可实现在发动机全负荷工况下降低1%油耗，相应可降低1%的CO2排放。 本文将阐述该产品开发过程中最重要的几个环节：新的配方策略和成品流变特性的调整是本文的核心。本文采用大量创新工具，例如数值动态仿真、油膜厚度测量和试验室评定方法，用于研究发动机的主要接触区域，确保新的润滑油可以降低摩擦磨损，不会因为油膜厚度不足带来风险。 发动机台架试验表明，新的润滑油不仅表现出高水平的燃油经济性，而且表现出诸如发动机清洁度和抗磨性等高水平性能指标。 此外，发动机台架试验正在验证船用和电站市场中新开发的润滑油 TOTAL Lubmarine AURELIA，确认其在发动机运行过程中的效率提升状况。 该产品将给客户带来运输成本的降低，包含但不限于CO2的排放控制。

根据《巴黎协定》和减少温室气体（GHG）排放的要求，航运业面临着越来越大的压力。未来几十年必须实现大幅减排的目标，这有望推动技术发展，特别是在使用低碳燃料方面。此外，当局越来越关注有害物NOx、SOx和颗粒物在当地排放所导致的后果。 在讨论中的所有替代燃料中，挪威船级社将液化天然气、液化石油气、甲醇、生物燃料、氢气和其他动力燃料解决方案确定为最有前景的运输替代燃料。 作为一家在海运和石油天然气行业具有长期经验的领先服务提供商，我们在船舶替代燃料的整个价值链中获得了大量的知识。挪威船级社相信在船舶应用领域，电池系统、燃料电池系统和风力推进应用具有一定的潜力。 所有替代燃料的选择都伴随着利益和挑战。本文介绍了替代燃料的技术方案，其目标是为未来5至10年的船舶投资提供决策支持。本文重点介绍了技术参数及其局限性。

当前化石燃料主导着运输业的燃料市场，尤其是在海洋商业运输领域。甚至在2020年执行国际海事组织的限硫令后，化石燃料仍将占据着主导地位。近期关于二氧化碳排放、温室效应和由此引起气候变化的讨论进一步加强。巴黎协议要实现的目标使社会和工业都面临着巨大挑战，同时需要运输部门为此做出重大贡献。2018年4月，国际海事组织针对海洋运输业的二氧化碳减排目标达成一致：与2008年相比，到2030年减排40%，到2050年减排70%。为达到既定目标，国际海事组织阐述了非化石、碳中性燃料的重要性，规定了一系列短期、中期和长期计划，并强调开展短期计划的紧迫性。因此，商业航运业同时面临着两个巨大的挑战：有害物减排，如NOX, PM和SOX, 和减少温室气体，尤其是CO2，这些将导致海运能源类型发生变化。当然，这是一个长期目标，但正如海事组织强调的那样，现在就需要朝着脱碳方向迈出第一步。为实现航运业务的可持续发展，未来需要清洁燃料和日益增多的碳中性燃料。在气体燃料领域，天然气显然具有巨大的潜力，它可使CO2减排20%，并且可以通过使用可再生的生物甲烷和合成甲烷（PtG）来进一步提高CO2减排量。基于船舶可用空间考虑，大型船舶和远洋运输未来还是需要能量密度非常高的燃料，即液体燃料。未来的碳中性燃料是许多研究项目的重点研究内容和主题，但它们的实用性仍然非常有限。针对运输业，目前还不清楚哪种合成燃料是最优的。不同的运输方式可能需要不同的合成燃料。显然，合成燃料应该是无硫无灰的。但针对实船应用，还需要考虑更多的要求，例如高闪点（考虑船上储存和使用安全）和良好的可燃性。石蜡燃料均满足这些要求。它们可以由天然气（GTL）、潜在的碳中性燃料或氢化植物油（HVO）制取，也可使用可再生电力（PtL）来合成（如费托合成）。它们与当前的液态化石燃料的相容性非常高。本文对比了石蜡燃料与传统的船用燃料及其它碳中性燃料（如OME、甲醇、二甲醚）的物理化学特性，这些特性参数会直接影响发动机和燃烧性能。对比分析结果表明石蜡燃料具有良好的可燃性，其能量密度与船用柴油相近。同时，进一步研究了石蜡燃料与发动机性能相关的一些特性。之后，在燃料实验室测试了石蜡燃料在现代柴油喷射系统中的喷射特性。试验结果表明，像HVO这样的无芳烃燃料能够有效减少在金属热表面形成的沉积物。同时，通过试验分析石蜡燃料对燃油喷射和预混合的影响。为此，使用纹影散射法在定容弹中进行光学喷雾和蒸气测量，同时与化石燃料进行对比分析。结果表明，石蜡燃料的贯穿距稍短，但喷雾锥角增大。此外，基于单缸机和中速性能样机，测试在多个运行工况下的石蜡燃料的燃烧特性。试验表明，与柴油相比，石蜡燃料的滞燃期更短，对燃烧更有利。由于没有芳烃及具有更好的组分，所以发动机在使用石蜡燃料时的碳烟排放更少。本文着重介绍了石蜡燃料在更高效、更清洁燃烧方面的潜力。基于单缸机的排放检测结果和石蜡燃料的化学特性，表明了石蜡燃料像SCR、DPF一样对发动机的排放有着积极作用。最后，本文总结了石蜡燃料的研究成果，提出了一种海运能源潜在替代燃料的通用研究方法。

在现有的4个硫排放控制区（SECA）：波罗的海、北海、北美和美国加勒比海，排放控制区之内运行的船舶燃料的硫含量限值为0.1％。SECA之外，从2020年1月1日开始，硫含量由现在的3.5%下降至0.5%。船东为应对硫含量限制法规可以有多种选择，使用低硫燃料例如天然气，安装废气清洗系统等。因此预测2020年以后，燃料多样化的需求会增加。 作为应对限硫法规的重质燃料，是馏分油和废气清洗系统的替代品，并需要了解发动机使用的不同硫含量燃料的燃料性能。出于这个原因，Neste公司决定测试当下使用的燃料和未来可能使用的船用燃料：在中速发动机上分别测试不同的燃料油，其硫的质量含量分别为0.1%和0.5%的燃料产品。使用商业低硫船用柴油Neste DMB作为参考燃料，其硫含量上限为0.1%。试验使用的所有燃料产品均通过Neste炼油厂的设备生产。 测试发动机是Wartsila VASA 4R32（气缸直径：320 mm，转速：750 rpm，额定功率：1640 kW），连接到VTT实验室的制动发电机上。稳态试验循环由5个负荷组成，负荷在额定功率的90%到10%之间。试验过程中，发动机每种燃料运行16到18小时。测量发动机性能（制动功率、燃油消耗、进气质量流量、涡轮增压器转速等）以及排放产物，其包括气体（NOx、CO、THC、O2和CO2）、颗粒物（PM）和烟度。排气中SO2的浓度通过傅立叶变换红外光谱法(FTIR)测定。PM排放物的检测根据ISO 8178:2006提供的分流稀释法测定。每缸都配有缸压传感器，用于燃烧过程分析。之后，计算每种燃料、每个负载下，测量组分的比排放量和发动机效率。绘制放热率曲线，并根据缸压数据，通过指示功率对缸内工作平衡进行评估。

巴黎协定达成的将气候变化控制在2℃以下的共识对人类来说是一项必要而又极富挑战的事业。随后，IMO提出了航运业2050年温室气体排放量相比2009年降低50%的目标。同时，由于业内对于未来运量需求的增长预期，每条船的CO2减排量必须大于50%。 为了实现这一激进的减排目标，必须综合应用多项减排技术，一项关键技术将是使用通过可再生电力制备的合成燃料。其基本原理是使用可再生电能将电解制得的H2与CO2合成制取可再生气体合成燃料和可再生液体合成燃料。 本文阐述了这种合成燃料对于实现航运业低碳化的意义，经济的运营Power-to-X装置的经济界限，并介绍了由MAN Energy Solution公司设计的世界上最大的合成甲烷装置及反应器。 MAN公司除了在CO2制甲烷领域动作频频以外，还开发了电力合成甲醇的反应器和合成装置。MAN发起成立了一个由16个行业及高校成员组成的联盟，由德国联邦经济事务和能源部协调各成员合作开展未来能源转化研究。 一个可能的结果或者说不同技术的综合应用场景被认为是满足这个激进碳减排目标的可选方案之一，例如将船体优化、螺旋桨优化、减速航行结合合成燃料的使用。

近年来，天然气作为一种能源被广泛应用，预计将进一步增加。这些应用主要体现在移动式和热电联供的固定往复式天然气发动机上。由于这些发动机长期高负荷工作，润滑油承受高应力，致使润滑油的配方面临挑战。 随着发动机效率和功率逐步增加、排放不断降低，发动机厂商针对发动机做出持续改进设计和操作优化。比如为了增加平均有效压力，活塞需要优化设计，金属材料需要改进设计，配缸间隙及公差范围需要减小，这些都导致润滑油面临挑战。从某种程度而言，应用于老发动机的润滑油将不适用于现代发动机，这就迫切需要开发新润滑油以满足这一需求。 未经优化的老发动机润滑油应用于现代发动机将导致润滑油使用寿命下降，发动机润滑保护功能失效，导致发动机大修期缩短并引发潜在故障，使发动机不能实现预期的效率提升。 本文将介绍现代高效气体发动机新型润滑油的开发过程，包含为提高润滑油使用寿命，采取提高抗氧化性能和碱值保持能力的手段，同时酸值仍在控制范围内。现在发动机针对积炭开展的大量研究表明，添加剂正确、合理的使用可以有效控制积炭，避免积炭大量堆积。对于润滑油配方工程师来说，采取有效的工具来评估试验结果是非常关键的。大量的性能试验数据不仅年代久远，不能代表现代发动机，而且来源于其他技术领域，并非专门针对气体发动机。本文将考虑通用试验的有效性，探索本领域范围内有代表性的评价方法，使配方工程师可以在化学领域范围内高效评估优选方案，并应用于现场试验验证。

在过去的几年里，对于全球变暖日益增长的担忧和发动机进一步降低排放的努力使双燃料发动机在船舶发动机行业中收到关注。双燃料发动机使用天然气作为替代燃料，相比传统柴油具有排放性和经济性的双重优势。但是，稀燃条件下的失火现象限制了双燃料燃烧模式的可用范围，同时带来未燃甲烷的排放问题（也即甲烷逃逸）。甲烷的温室效应被认为是CO2的20倍，这增加了政府及船用主机制造商们的担忧。因此，本课题研究了计算十六烷值和引燃油芳烃含量对柴油-甲烷双燃料燃烧特性、稀燃条件下发动机动力性和排放指标的影响。试验载体为一台大功率单缸试验机，标定转速1500r/min、标定工况3%引燃油量时IMEP约11.5bar。试验边界条件为所有测试工况上止点时保持进气压力1.5bar、甲烷混合气空燃比1.95以及缸内温度835K一致。另外，试验研究了1000bar和1500bar引燃油喷射压力对燃烧特性和排放物生成量的影响。研究过程中，定制了三种柴油，它们的十六烷值在43～56之间、芳烃含量0～24%，定制原则为两种油的十六烷值不同而芳烃含量相同，另两种油的芳烃含量不同而十六烷值相同。研究结果表明，相同芳烃含量的引燃油，较低的十六烷值有助于降低稀燃条件下未燃甲烷的排放量；同样的，相同十六烷值的引燃油、较低的芳烃含量有助于抑制未燃甲烷排放。而两种引燃油喷射压力的研究表明高喷射压力能够提高燃烧性能，同时降低未燃甲烷排放量。

随着人们日益增加的减少温室气体排放的需求，船舶工业面临着一个有趣的时代。与此同时，2020年全球将开始执行限硫令。对船东而言，最新的液化天然气动力装置和低压气体机是一个很好的选择。然而，作为一个尚未安装液化天然气设备的商用船舶来说，液体燃料仍将扮演主要角色。用于商船推进的大型船用二冲程发动机通过采用传统燃料，如重质燃料油（HFO）、船用柴油（MDO）、船用汽油（MGO）或类似的可通过蒸馏方式获取的燃油。但2020年开始执行的“全球限硫令”（GSC2020）和正在进行的关于黑碳的讨论有可能会改变这一点。 按“全球限硫令”（GSC2020）要求，在全球范围内任何海域使用的燃料硫含量都将被限制在0.5%。这就为替代燃料提供了发展空间。对于今天的航运业来说，酒精燃料只在非常特殊的情况下才会使用，因为它们的实用性和价格都没有竞争力。然而Winterthur Gas & Diesel公司通过一套既能喷射传统燃料，如HFO或MDO，又能喷射低粘度、低能量密度燃料，如乙醇和甲醇的能够覆盖大部分燃料的喷射系统解决了广泛燃料应用的难题。 欧盟Hercules-2项目的工作包1的目标是“开发能够切换燃料，同时能以最经济的模式运行，并遵守所有航行区域法规的发动机”。其在2015年至2018年期间，已经开发出这样一个系统，并在2018年芝加哥ICLASS会议上首次展示。其通过以下工具或方法开发并验证灵活燃料喷射系统，主要包括燃油喷射平台测试；在Winterthur Gas & Diesel公司的定容燃烧弹（SCC）上做喷雾特性和燃烧特性测试，以此了解发动机燃烧室内的工作过程；最后，Winterthur Gas & Diesel公司在RTX-6发动机上搭载灵活燃料喷射系统，通过使用广泛燃料中具有代表性的乙醇和柴油2种燃料进行配机验证。 相比于其他的测试，本文将只分析讨论配机试验结果。结果表明，发动机的放热率很好，燃油消耗率和发动机效率可以接受。同时证明了灵活燃料喷油器具有良好的可靠性和稳定性。 Winterthur Gas & Diesel公司现在有一个原型机可以根据客户对特定燃料的需求来研究开发新燃料及其供给和喷射系统。