由于以植物油为基础的生物燃料被认为属于碳中性燃料，因此生物燃料与化石燃料混合可以减少二氧化碳的排放量。许多国家已经在车用柴油混合燃料中使用由直接植物油(SVO)制成的脂肪酸甲酯（FAME）。在船舶和发电柴油机中使用生物燃料可降低二氧化碳排放量，并且如果使用SVO，可获得显著的经济优势。这项研究和开发是由日本国土部、基础设施、运输和旅游部和日本船级社联合开发的下一代海洋环境技术发展项目（时间段：2013年11月21日～2017年3月31日）资助，在马来西亚婆罗洲岛沙巴州的洋马亚庇市研发设计中心进行。对洋马亚庇市研发设计中心现有的船用辅助柴油机试验装置进行了燃料混合系统改造，以生物燃料作为重油（HFO）的混合燃料。该生物燃料由棕榈直接植物油制取为精制漂白除臭棕榈油（RBDPO）。该棕榈油主要产于印度尼西亚和马来西亚，2017年世界总产量约7000万吨。首先，明确了RBDPO燃料管路加热温度、循环流量等防止凝固和凝固后熔化的技术要求。其次，通过燃油混合系统测试了RBDPO和HFO的混合比对发动机性能的影响，并研究了与使用植物油有关的喷油器积垢的形成条件，以确定耐久性试验的燃料混合比。通过对发动机定转速性能试验、8小时低负荷烟度试验、46小时短时耐久性试验等结果进行分析，决定采用100% RBDPO进行耐久性试验。最后，完成2000小时的耐久性试验。在采用100% RBDPO进行的2000小时耐久性试验中未发现明显问题。耐久性试验后对发动机进行了拆检，发动机零部件无损伤和异常磨损。

天然气是一种重要能源，并且在全球能源结构中增长速度最快。固定往复式天然气发动机是将该能源推向市场的重要载体。固定往复式内燃机面临的一项重要挑战是气源种类的多样性、不同的应用场景和OEMT提供的不同类型的发动机。为此，需要润滑油市场提供系列化的润滑油产品满足所有客户差异化的需求。采用一种通用化的天然气发动机润滑油可以显著简化后勤保障、工业价值链的关键运维人员、特定的润滑油企业、运营公司和终端客户。如果一种产品可以满足所有终端客户、不同燃气种类和OEM的发动机的需求，那么润滑油公司理论上可以只买一种添加剂包，并且只生产一种天然气润滑油产品，终端客户也只需要购买一种润滑油产品。这种产品的简化使得库存减少，同时降低润滑油调和过程中的事故，也可以减少终端客户加错润滑油的案例。基于这样的优势，润滑油公司、运营公司和终端客户会大量购买这种通用型润滑油，这样又会带来经营规模扩大，成本降低。 本文作者阐述了一种通用型润滑油，可以满足发电用不同OEM固定式天然气发动机、不同天然气类型的需求。润滑油Lubrizol® SG9L60已经在如下发电用天然气发动机上完成试验：燃用丙烷的Guascor发动机、燃用生物质气的卡特彼勒发动机、燃用垃圾填埋器的颜巴赫发动机。通过开展这些试验，阐述了通用型润滑油可以满足不同OEM发动机、不同燃气类型的应用需求。润滑油Lubrizol® SG9L60正在开展应用于联合发电和管道天然气压缩机的现场试验验证，可以按期实现预期的目标。

从2020年开始，将船用燃料含硫量降至0.5%的法规将在全世界范围内正式实施。考虑到炼油厂生产低硫船用燃料的工艺，作者认为，2020年以后，某些地区的船用燃料性能将彻底的从传统的重质燃料油（HFO）转变为低硫、高芳香烃的燃料油。 在本文的前半部分，介绍了作者的研究小组对船用燃料燃烧质量的长期研究工作。该小组通过使用许多研究工具（如定容燃烧室和可视化喷雾燃烧的测试发动机）分析了造成船用发动机严重故障的实际燃料样品。考虑到炼油厂用于减少硫的现代工艺及回顾上述数据，预计2020年后燃料的点火性能和燃烧特性都将变差。在本文中，明确区分了点火性能和燃烧特性。在中速发动机的运行过程中，点火性能差极易导致柴油机敲缸等妨碍平稳运行的问题。然而，预期在低速二冲程发动机的运行过程中，故障的根源与中速发动机的情况不同，因为前者对点火性能相当不敏感。 本文主要研究了在低速二冲程发动机上，因燃烧质量差导致气缸内的燃烧持续期长，后燃期长，进而导致的摩擦故障，如活塞环和气缸套之间的异常磨损。像这种会引起柴油机故障的燃料，其含硫量相当低，并同时含有大量的多环芳烃。 更详细的说，本文通过独立的可视化研究证实，通过与其他燃料样品相比，含有大量多环芳烃的燃料样品，其后燃期较长，并伴随较长的燃烧持续期。看到这些数据，上述故障发生的机制推断如下。与低芳烃的燃料相比，由于较多的环芳烃燃烧需要更多的时间，燃烧持续时间必然变得更长，火焰本身在空间中也会更长。然后长火焰会接近或接触到气缸壁上的润滑油膜，损坏润滑油膜。这种现象将在后燃烧期内相当晚的时间点发生，此时活塞位置降低到一定程度，并且润滑油膜暴露于燃烧空间。 鉴于上述机理，提出了一些降低发动机损坏风险的措施。在燃油喷射系统中，采用较小的喷孔直径，较高的喷射压力，会在喷雾过程中形成良好的混合气，从而保证贯穿距离不发生变化。在本研究中，证实了这种燃油系统的改进使后燃期缩短，致使靠近燃烧室壁面附近的火焰减少。 本文的后半部分，研究了甲醇和液化石油气（液态丙烷）等替代液体燃料作为未来环境友好型船用燃料的潜力。它们具有无硫的优点，并且比常规MDO / HFO有更低的C/H比，基于此会降低EEDI（CO2）值。 对于甲醇和液化石油气，应明确区分自燃性和燃烧特性。两种燃料的自燃能力都比传统燃料低得多，必须通过预喷射柴油燃料引燃，但一旦引燃，它们就表现出良好的燃烧状态。

2016年10月，在MEPC70期间，国际海事组织（IMO）宣布了全球船用燃料油硫含量不超过上限0.50%的法规。该法规将于2020年1月1日起生效。直到最近，船舶及燃料行业还不清楚新的硫含量0.50％的合规重质燃料油（HFO）成分是什么样的。在2017年底和2018年，新型合规燃料的主要组分会具体化。事实证明，这些燃料及其生产调和工艺，会对发动机的性能产生重要影响，这种影响不仅出现在新型现代化的发动机上，也会出现在现存正在使用的发动机上。 本文详细描述了针对未来顺应法规的0.50％硫含量的HFO所包含的可能成分及代表性成分的化学分析，并说明了哪些成分对大缸径中速柴油机的点火和燃烧性能起了至关重要的影响。除了燃烧特性外，还研究了当新调和燃料与其他燃料（如MGO或HFO）混合时，出现的相容性问题。此外，还介绍了进行的实验室研究，重点关注燃烧性能，如测量点火延迟、放热率、估算十六烷值等。其研究结果提供关于这些新型燃料在中速船用发动机上使用造成燃烧性能影响的基础认识。 除实验室研究外，还进行了单缸发动机研究，列举了IMO限制硫含量0.50%的法规之前与之后的燃料成分对发动机性能数据和燃烧性能方面影响的差异。在这些研究的基础上，确定了相应的对策，以克服燃烧初期出现极长的着火延迟期和随后的压力升高率过高等问题。 燃料的喷雾过程对了解柴油机燃烧至关重要，因此在光学定容弹内进行了喷雾形成和喷雾燃烧的光学测试，并进行了介绍。将这些结果连同单缸燃烧结果与传统HFO燃料进行比较，同时为突出和解释这些差异，将传统燃料与新的硫含量0.50%燃料对发动机性能影响和其他影响进行比较，获得了全面的观点。 本文将总结关于燃料油的主要发现，包括化学分析，单缸机上的燃烧研究，光学定容弹内进行的新的硫含量0.50％燃料的喷雾光学测试。本文展示了不同燃料油对现有发动机及新型现代发动机设计的影响，并展望了MAN-ES在未来相关趋势的观点。

气体发动机为燃用宽范围的灵活燃料使用提供了可能，从燃用天然气到燃用多种其他气体燃料，既可以是低热值气体,也可以是含氢量高的任何一种气体。含氢气源可以来自炼钢或化工制备过程的副产品，或是天然气开采时产生及混入的氢气。 在中型发电机组领域，Jenbacher气体发动机提供了成熟的高含氢气体燃料发动机技术。多型发动机可燃用含氢量70%的化工过程伴生气，并已累计运行了超过1,000,000小时。通过可再生资源制取氢气，如木制气含50%氢气。电解制氢可获得纯氢气燃料，当电能来自可再生能源时即可实现无碳化。 制取绿色氢气的一个主要目的是填充天然气输送系统。因为天然气输送需求往往存在季节性，天然气输送系统也被认为是平衡风能、太阳能等即时能源发电的必要大型储能设施。由此形成的氢气和天然气混合气，其氢气含量会在一个较宽的范围内变动。气体机需要适应燃用不同氢气含量的气源，另外还需要应对气源氢气含量剧烈波动的潜在风险或具备快速适应不同气源的能力。本文将探讨Jenbacher气体发动机应用氢燃料的未来优势、挑战和经验。

国际海事组织决定从2020年1月1日起将全球硫含量从3.5%降低为0.5%，行业内针对技术路径引发了争议。此外，IMO的咨询报告显示，0.5%硫含量的燃油可以通过一系列的生产加工和调和过程实现。因此，大多数讨论聚焦于燃油的可获得性、燃油质量和折中方案，比如排气后处理系统。 发动机设计方、添加剂和润滑油公司针对未来使用0.5%硫含量燃油需要采用何种性能的气缸油开展了讨论。作为燃油和发动机的运行操作接口，润滑油不仅仅只是纯粹的润滑剂。 如今，世界范围内仅有少数地区可获得0.5%硫含量的燃油，其中分布供应最广的地区为中国。本文检验了部分上述燃油的理化特性及其对发动机积炭的影响，其中，最关键的是发动机气缸油的性能表现。 由于船用燃油广泛存在差异，焦点集中在燃油稳定性、兼容性和可燃性。开展了燃油质量的初步调研，了解其对发动机积炭生成的影响，此外，还在一台现代二冲程发动机开展试验研究，决定发动机气缸油的性能需求。 本文关于燃油和润滑油的试验结果展示了功能添加剂是如何减少燃油差异带来的影响、改进积炭和活塞岸沿变色情况，从而提高发动机耐久性能。本文结果背离了传统气缸油的工作机理，单独阐述的碱值也不是针对0.5%硫含量的燃油。

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。