【作者】

Bert Buchholz，Benjamin Stengel，Karsten Schleef

【摘要】

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。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

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