Kuģu degvielas ilgtspējības un efektivitātes uzlabošana, izmantojot kavitācijas apstrādi

Abstrakts

• Šajā pētījumā novērtēta kavitācijas homogenizācijas ietekme uz smago degvieleļļu (HFO 380) un tās maisījumiem ar biodīzeļdegvielu un glicerīnu, kas paredzēti izmantošanai kuģniecībā. HFO, HFO-20% biodīzeļdegvielas (B20) un HFO-10% biodīzeļdegvielas-5% glicerīna (B10G5) tika salīdzināti ar parasto manuālo sajaukšanu un apstrādi ar kavitāciju.

• Kavitācija ievērojami uzlaboja vairākas degvielas īpašības, tostarp viskozitāti (samazinājums līdz 19 %), sēra saturu (samazinājums par 1,5-19 %) un metālu piesārņojumu (samazinājums līdz 33 %), vienlaikus saglabājot salīdzināmu siltumspēju. Pilna mēroga dzinēja testi ar Caterpillar MaK 6M20 apstiprināja uzlabotu sadegšanas stabilitāti, samazinātas priekšsildīšanas prasības, nelielu degvielas ietaupījumu (~ 1 %) un konsekventus emisiju profilus.

• Šie rezultāti liecina, ka kavitācija veicina efektīvu sajaukšanu un homogenizāciju, atvieglo dūņu un atlikumūdens apstrādi un izraisa vieglu (regulējamu) in situ ķīmisko aktivāciju. Kopumā uz kavitāciju balstīta apstrāde ir praktisks ceļš uz tīrāku, efektīvāku un ilgtspējīgāku kuģu degvielas maisījumu izmantošanu.

• Kuģniecības nozarē pieaug spiediens samazināt emisijas un uzlabot degvielas efektivitāti, ko nosaka SJO 2020. gada sēra satura ierobežojumi, noteikumi par oglekļa intensitāti un arvien plašāka alternatīvo degvielu izmantošana. Smagā dīzeļdegviela (HFO) joprojām tiek plaši izmantota tās augstā enerģētiskā satura dēļ, taču, lai izpildītu vides aizsardzības noteikumus un uzlabotu degšanas īpašības, ir nepieciešams maisījums ar atjaunojamiem komponentiem, piemēram, biodīzeļdegvielu un glicerīnu.

Pētījums

Uz kavitāciju balstīta homogenizācija ir daudzsološa metode degvielas stabilitātes un veiktspējas uzlabošanai. radot intensīvus mikrobubulus, kas strauji sabrūk, kavitācija veicina gan fizisku sajaukšanos, gan vieglu ķīmisku aktivizāciju, uzlabojot reoloģiju, dispersiju un degšanas īpašības. Šajā pētījumā novērtēta kavitācijas ietekme uz HFO, biodīzeļdegvielas un glicerīna maisījumiem, novērtējot blīvumu, viskozitāti, sēra un metālu saturu, siltumspēju, nogulšņu veidošanos un dzinēja darbību.

tabulā apkopotas šajā pētījumā izmantoto trīs galveno degvielas komponentu salīdzinošās fizikālās un ķīmiskās īpašības: HFO 380, biodīzeļdegviela (FAME) un glicerīns. HFO 380 kalpo kā bāzes references paraugs, bet biodīzeļdegviela un glicerīns darbojas kā atjaunojamie maisījuma komponenti bez sēra. To kontrastējošais blīvums, viskozitāte un skābekļa saturs ir galvenie faktori, kas ietekmē maisījuma uzvedību homogenizācijas un sadegšanas laikā. Izpratne par šīm pamatīpašībām ir pamats RAPTECH kavitācijas apstrādes efektivitātes novērtēšanai, lai uzlabotu degvielas viendabīgumu, stabilitāti un vispārējo kvalitāti.

Parameter	Vienība	HFO 380 (ISO 8217:2017)	Biodīzeļdegviela (FAME, EN 14214)	Glicerīns (neapstrādāts/rafinēts)
Blīvums 15°C temperatūrā	kg/m³	Maks. 991	860-900	1,260-1,270
Kinemātiskā viskozitāte pie 50°C	mm²/s	Maks. 380	4-6	~ 1200 (pie 40°C)
Sēra saturs	% (m/m)	Maks. 3,50	<0.001	0
Pelnu saturs	% (m/m)	Maks. 0,15	<0.02	<0.01
Uzliešanas punkts	°C	Maksimums 30	-5 līdz +15	~18
Uzliesmošanas temperatūra	°C	Min. 60	>120	>160
Kopējais nogulšņu potenciāls	% (m/m)	Maks. 0,10	-	-
Kopējais esošo nogulšņu daudzums	% (m/m)	Maks. 0,10	-	-
Bruto siltumspēja	MJ/kg	41.5-42.5	39-40	~16
Neto siltumietilpība	MJ/kg	40-41	37-38	~14-15
Skābekļa saturs	% (m/m)	~0	10-12	~52
Oglekļa atlikums (CCR)	% (m/m)	~15	<0.05	<0.01

tabula: HFO 380, biodīzeļdegvielas (FAME) un glicerīna salīdzinošās degvielas īpašības.

2. Materiāli un metodes

• Degvielas: HFO 380, biodīzeļdegviela (FAME), glicerīns.
  
  
• Maisījumi: HFO, HFO-20% biodīzeļdegvielas (B20), HFO-10% biodīzeļdegvielas-5% glicerīna (B10G5).
  
  
• Sajaukšana: Parastā maisīšana ar rokām (HB/Coarse) un maisīšana ar kavitācijas palīdzību (CF), izmantojot RAPTECH CaviFlow® sistēmu.
  
  
• Analīzes: Blīvums, API blīvums, kinemātiskā viskozitāte, sērs, metāli, siltumspēja, uzliesmošanas temperatūra, sacietēšanas temperatūra, kopējais esošo nogulšņu saturs (TSE), kopējais nogulšņu potenciāls (TSP), pelnu saturs un oglekļa atlikums, ko mēra Bureau Veritas.
  
  
• Dzinēja testēšana: FVTR GmbH pilna izmēra kuģu dīzeļdegvielas testēšanas stends (Caterpillar MaK 6M20). Tika reģistrēta veiktspēja, emisijas, degšanas laiks un degvielas patēriņš.

3. Rezultāti un diskusija

3.1. Fizikālās īpašības un reoloģija

• Blīvums un API blīvums: Tā kā biodīzeļdegvielai (860-900 kg/m³ 15 °C temperatūrā) ir mazāks blīvums nekā HFO 380 un abi ir mazāk blīvi nekā glicerīns (1264 kg/m³ 15 °C temperatūrā), 1. attēlā parādīts blīvuma samazinājums, ja HFO 380 pievieno biodīzeļdegvielu, un attiecīgs pieaugums, ja pievieno glicerīnu. Tas arī parāda kavitācijas tehnoloģijas izmantošanas priekšrocības salīdzinājumā ar standarta manuālo sajaukšanu, panākot papildu blīvuma samazinājumu par aptuveni 0,3 %.
  
  
  

attēls: Degvielas maisījuma blīvums atkarībā no temperatūras

Attiecībā uz API blīvumu, kas parādīts 2. attēlā, viszemākā vērtība ir tīram HFO 380, kas atspoguļo tā relatīvi augsto blīvumu. Ja HFO tiek sajaukts, izmantojot kavitāciju, API blīvums nedaudz palielinās, kas norāda uz nelielu blīvuma samazinājumu. Lielāka ietekme ir vērojama, ja ar roku sajaucot pievieno 20 % biodīzeļdegvielas, jo biodīzeļdegvielai ir ievērojami mazāks blīvums nekā HFO, kā rezultātā API blīvums ievērojami palielinās. Vislielāko API blīvumu sasniedz ar HFO, kas satur 20 % biodīzeļdegvielas, kas apstrādāta ar kavitāciju. Šajā gadījumā atšķirība starp manuālo maisījumu un kavitācijas maisījumu ir salīdzinoši neliela, bet kavitācijas process tomēr nodrošina papildu API blīvuma uzlabojumu, kas pārsniedz tikai biodīzeļdegvielas ietekmi.



attēls: °API blīvums pētītajam degvielas maisījumam

• Viskozitāte: Līdzīga tendence parādīta arī kinemātiskajai viskozitātei 3. attēlā, izceļot atšķirības starp HFO 380 un tā biodīzeļdegvielas un glicerīna maisījumiem. Jo īpaši HFO ar 20 % biodīzeļdegvielas, kas apstrādāta ar kavitācijas metodi, sasniedz līdz pat 19 % viskozitātes samazinājumu salīdzinājumā ar manuālo maisījumu. No praktiskā viedokļa šo viskozitātes un blīvuma samazinājumu var skaidrot ar kavitācijas dubulto iedarbību - tās intensīvo sajaukšanas spēju, kas efektīvi sajauc dažādas izcelsmes degvielu, un spēcīgo homogenizācijas efektu, kas stabilizē maisījumu un uzlabo tā reoloģiskās un sadegšanas īpašības. Kopā šie mehānismi atvieglo sūknēšanu, samazina priekšsildīšanas enerģijas patēriņu par aptuveni 6 % un uzlabo degvielas izsmidzināšanu, tādējādi uzlabojot sadegšanas efektivitāti un samazinot kvēpu un nesadegušo ogļūdeņražu veidošanos.

attēls: Degvielas maisījuma kinemātiskā viskozitāte atkarībā no temperatūras.

3.2. Ķīmiskās īpašības un degvielas uzlabošana

• Sēra satura samazināšana: Tā kā biodīzeļdegviela un glicerīns nesatur sēru, 4. attēlā parādīts paredzamais sēra satura samazinājums starp tīru HFO un tā maisījumiem ar biodīzeļdegvielu un glicerīnu. Kavitācijas izraisītā daļējā ķīmiskā aktivizācija, jo īpaši, ja glicerīns darbojas kā skābekļa nesējs, var izskaidrot novēroto papildu samazinājumu: aptuveni 1,5 % starp ar rokām sajaukto un ar kavitāciju apstrādāto HFO-20 % biodīzeļdegvielu un aptuveni 19 % starp HFO-20 % biodīzeļdegvielu un HFO-20 % biodīzeļdegvielas-5 % glicerīna maisījumiem, kas apstrādāti ar kavitāciju. Tas pierāda, ka kavitācija ne tikai nodrošina spēcīgu dažādu degvielas veidu sajaukšanu un spēcīgu homogenizāciju, bet arī palīdz degvielas uzlabošanā, veicinot vieglu in situ regulējamu degvielas sastāvdaļu ķīmisko modifikāciju.
  
  

attēls: Sēra saturs pētītajā degvielas maisījumā.

• Metāla piesārņotāji (kaķu smalkumi): 5. attēlā redzams, ka ar kavitācijas izraisīto pastiprināto fizikālo dispersiju un daļējām ķīmiskajām pārvērtībām var izskaidrot novēroto Cat Fines - mikroskopisko daļiņu, kas sastāv galvenokārt no silīcija un alumīnija oksīdiem un kas parasti sastopamas tādos degvielas atlikumos kā smagā mazuta (HFO) - samazināšanos. Tika novērots līdz pat 33 % samazinājums starp ar rokām sajauktām un kavitācijas procesā sajauktām degvielām un līdz pat 50 % samazinājums starp neapstrādātu HFO un HFO, kas satur 10 % biodīzeļdegvielas un 5 % glicerīna pēc kavitācijas apstrādes. Šis samazinājums liecina, ka kavitācija veicina smalkāku dispersiju un, iespējams, daļēju šo katalizatora atlieku virsmas modifikāciju vai fragmentāciju, tādējādi uzlabojot degvielas homogenitāti un potenciāli samazinot abrazīvo nodilumu risku degvielas apstrādes sistēmās.
  
  

attēls: Vanādija, silīcija un alumīnija saturs pētītajā degvielas maisījumā.

• Siltumietilpība: Tā kā HFO siltumietilpība ir augstāka nekā biodīzeļdegvielai un glicerīnam, biodīzeļdegvielas un glicerīna pievienošana samazina neto siltumietilpību. Daļēja degvielas reaktivitātes uzlabošanās, veicot kavitācijas apstrādi, varētu izskaidrot papildu samazinājumu par aptuveni 0,2 %, kas novērots starp ar rokām sajauktām un ar kavitāciju sajauktām degvielām, kā parādīts 6. attēlā. Šo nelielo samazinājumu praksē kompensē labāka sadegšanas efektivitāte, tīrāka degšana un stabilāka aizdegšanās, kas ir izdevīgi kuģu dzinēju darbībai un emisiju kontrolei.

attēls. 6. attēls: Izpētītā neto siltumspēja Degvielas maisījums

• Uzliesmošanas temperatūra: Tā kā HFO uzliesmošanas temperatūra ir ievērojami zemāka nekā biodīzeļdegvielai, biodīzeļdegvielas pievienošana palielina maisījuma uzliesmošanas temperatūru. Tomēr intensīvās homogenizācijas rezultātā, ko panāk ar kavitācijas metodi, uzliesmošanas temperatūra ievērojami samazinās (par aptuveni 20 %), salīdzinot ar ar ar rokām sajaukto degvielu, kā parādīts 7. attēlā. Šis samazinājums atspoguļo vieglāko frakciju vienmērīgāku sadalījumu maisījumā, kas var atvieglot degvielas apstrādi un iztvaikošanu dzinēja iedarbināšanas laikā, neapdraudot drošības rezerves degvielas uzpildes operācijās.

attēls. 7. attēls: pētītā Fuels maisījuma uzliesmošanas temperatūra.

• Uzliesmošanas temperatūra: Tā kā HFO sacietēšanas temperatūra ir ievērojami augstāka nekā biodīzeļdegvielai, biodīzeļdegvielas pievienošana pazemina sacietēšanas temperatūru, uzlabojot zemas temperatūras plūsmas īpašības un samazinot priekšsildīšanas prasības pārneses un iesmidzināšanas laikā. Nav vērojama jūtama kavitācijas apstrādes ietekme uz sacietēšanas temperatūru, salīdzinot ar ar ar rokām sajaukto degvielu (8. attēls), kas norāda, ka kavitācija galvenokārt ietekmē mikrostruktūru un reaktivitāti, nevis masveida fāžu pāreju.

attēls. 8. attēls: Izpētītā degvielas maisījuma sacietēšanas temperatūra.

3.3. Nogulsnes, pelni un oglekļa atliekas

• Sedimentācija: Kopējo esošo nogulšņu (TSE) samazinājums par aptuveni 33 %, kas novērots, sajaucot HFO ar biodīzeļdegvielu (9. attēls), galvenokārt skaidrojams ar biodīzeļdegvielas amfifīlo dabu, kas stabilizē asfaltēnus polārās mijiedarbības rezultātā un uzlabo degvielas homogenitāti un viskozitāti, tādējādi novēršot agregāciju un nogulsnēšanos. Papildu TSE samazinājums par aptuveni 33 % tiek panākts, veicot HFO un biodīzeļdegvielas maisījuma homogenizāciju ar kavitāciju, salīdzinot ar manuālo sajaukšanu.

attēls. 9. attēls: Kopējais esošo nogulšņu daudzums (masas %) pētāmajam degvielas maisījumam.

• Ievērojamais kopējo nogulšņu potenciāla (TSP) samazinājums par aptuveni 60 %, kas novērots, sajaucot HFO ar biodīzeļdegvielu (10. attēls), galvenokārt ir saistīts arī ar biodīzeļdegvielas amfifīlo dabu, kas stabilizē asfaltēnus polārās mijiedarbības rezultātā un uzlabo degvielas viendabīgumu un plūsmas īpašības, tādējādi samazinot agregāciju un nogulšņu veidošanos. HFO un biodīzeļdegvielas maisījuma homogenizācija, izmantojot kavitāciju, ļauj samazināt TSP vēl par aptuveni 25 %, salīdzinot ar manuālo sajaukšanu.

attēls: Kopējais nogulšņu potenciāls (masas %) pētītajam degvielas maisījumam.

Šis būtiskais uzlabojums norāda uz ievērojami lielāku degvielas stabilitāti un ievērojami mazāku nogulšņu veidošanās risku uzglabāšanas un dzinēja darbības laikā. Zinot, ka nogulšņu veidošanās kuģu degvielas uzpildē joprojām ir pastāvīga ekspluatācijas un regulējuma problēma ar ievērojamām ekonomiskām sekām.
Faktiski nogulšņu veidošanās ātrums ir atkarīgs no dažādiem faktoriem, tostarp degvielas sastāva, uzglabāšanas apstākļiem un apstrādes prakses. Ekspluatācijas pieredze un SJO norādījumi liecina, ka degvielas attīrīšanas un uzglabāšanas laikā nogulsnes parasti veidojas 1-3 % no patērētā HFO tilpuma, lai gan tas attiecas uz separatoru/bunkuru atlikumiem un nav tieši pielīdzināmsISO 8217 nogulšņu specifikācijai.

Kuģim, uz kura uzglabā 1000 tonnas HFO 380:

Scenārijs	Nosēdumu masa (t)	Slugle Tilpums m³	Degvielas izmaksu zaudējumi @ $500/t
Mazs aplēstais (1 % tilpuma)	9.5	≈ 10	4.750
Augsts aplēsts (3 % tilpumkoncentrācijas)	28.5	≈ 30	14.250

.

tabula. HFO380 dūņu veidošanās ekonomiskā ietekme

Kuģim, kas patērē 20 000 t HFO gadā, tas atbilst degvielas ietaupījumam aptuveni 20-200 t gadā jeb aptuveni 10 000-100 000 USD gadā (pamatojoties uz 500 USD/t bāzes cenu). Augstākas degvielas cenas vai lielāks patēriņš proporcionāli palielinātu šos ietaupījumus.

Jāatzīmē, ka šajos aprēķinos ņemti vērā tikai tiešie degvielas vērtības zudumi. Praksē dūņu apsaimniekošanas izmaksas bieži vien ir lielākas, jo saskaņā ar MARPOL I pielikumu tās ir obligāti jānoglabā, ostu uzņemšanas maksas un dūņu pārkraušanas prasības var ievērojami pārsniegt vienkāršās zaudētās degvielas izmaksas.
Apvienojot sistemātisku degvielas apsaimniekošanu ar uzlabotu uz kavitāciju balstītu homogenizāciju, operatori var:

• saglabāt ilgtermiņa degvielas stabilitāti
• Samazināt tehniskās apkopes, dīkstāves un apglabāšanas izmaksas.
• Uzlabot degvielas izmantošanu, dzinēja uzticamību un ekspluatācijas drošību.
• nodrošināt atbilstību MARPOL konvencijas I pielikumam, vienlaikus samazinot vides riskus.
  
  

Tāpēc kavitācijas homogenizācijas integrēšana gan degvielas uzpildes stacijās, gan uz kuģiem nodrošina ceļu uz drošāku, ekonomiskāku un videi nekaitīgāku kuģu degvielas apstrādi, vienlaikus samazinot ar nogulsnēm saistītās problēmas un regulatīvo slogu.

• Pelni un oglekļa atlikums: Tā kā biodīzeļdegviela nesatur pelnus, 11. attēlā parādīts paredzamais pelnu satura samazinājums, ja to sajauc ar tīru HFO. Kavitācija vēl vairāk pastiprina šo efektu, veicinot pelnu daļiņu smalkāku dispersiju un daļēju virsmas sadrumstalošanos, kā rezultātā HFO un biodīzeļdegvielas maisījumā to saturs samazinās vēl par aptuveni 4 %. Zemāks pelnu saturs veicina tīrāku uzglabāšanu un pārkraušanu, samazina cauruļvadu un tvertņu aizsērēšanu bunkurēšanas laikā un veicina efektīvāku sadegšanu ar mazāku daļiņu veidošanos dzinējos.

attēls: Pelnu saturs (masas %) pētītajam degvielas maisījumam.

Oglekļa atlieku samazinājums no tīra HFO uz HFO-20% biodīzeļdegvielu, kas parādīts 12. attēlā, galvenokārt ir saistīts ar smago aromātisko ogļūdeņražu aizstāšanu ar vieglākiem, skābekli saturošiem biodīzeļdegvielas taukskābju esteriem. Papildu samazinājums, kas novērots HFO-10% biodīzeļdegvielas-5% glicerīna maisījumā, rodas tāpēc, ka glicerīna sastāvā ir daudz skābekļa, kas veicina pilnīgāku termisko sadalīšanos un ierobežo ugunsizturīgo atlikumu veidošanos. Nelielais oglekļa atlieku pieaugums par aptuveni 3 %, apstrādājot ar kavitāciju HFO-20 % biodīzeļdegvielu, ir saistīts ar pastiprinātu termiskās noārdīšanās aktivizāciju, ko izraisa intensīva maisīšana kavitācijas laikā, salīdzinot ar maisīšanu ar rokām. Šīs modifikācijas uzlabo sadegšanas efektivitāti, samazina kvēpu un nogulšņu daudzumu dzinējos un atvieglo vienmērīgāku degvielas apstrādi bunkurēšanas un uzglabāšanas laikā.



attēls. 12. attēls: Oglekļa atlikums (% masas) pētītajam degvielas maisījumam.

3.4. Sadegšana un dzinēja veiktspēja

HFO-FAME maisījumi, kas iegūti, izmantojot kavitāciju, tika testēti un novērtēti attiecībā uz veiktspēju četrtaktu kuģu dīzeļdzinējos, salīdzinot ar tradicionāli (rupji) ražotiem HFO-FAME maisījumiem. Izpēti veica uz pilna dzinēja testēšanas stenda, ko nodrošināja FVTR GmbH, pamatojoties uz Caterpillar MaK 6M20 dzinēju. Turpmākajos punktos ir apkopoti galvenie testa rezultāti:

• Viskozitāte un priekšsildīšana: Samazināta iesmidzināšanas temperatūra (> 6 K) samazināja priekšsildīšanas enerģijas patēriņu.
  
  
• sadegšanas laiks: Nedaudz agrāka sadegšanas sākums un beigas, nedaudz īsāks ilgums, kas rada nelielu degvielas ietaupījumu (~ 1 %) un nedaudz lielāku NOx skābekļa satura dēļ.
  
  
• Emisijas: CO, CO₂, HC, O₂ un FSN saglabājās līdzīgi kā ar rokām sajauktai degvielai; ekspluatācijas problēmas netika novērotas.Ar kavitāciju apstrādātais HFO-FAME maisījums demonstrē skaidras praktiskas priekšrocības kuģu dzinēju darbībā. Tā zemāka viskozitātemazina priekšsildīšanas enerģijas prasības, atvieglo iesmidzināšanu un veicina nelielas degvielas patēriņa priekšrocības. Sadegšana ir stabila un uzticama, un emisijas lielākoties ir salīdzināmas ar parasto maisījumu emisijām, izņemot gaidāmo NOx nelielo pieaugumu augstāka skābekļa satura dēļ. Šie rezultāti liecina, ka uz kavitāciju balstīts maisījums ne tikai uzlabo HFO-FAME degvielas reoloģiskās un sadegšanas īpašības, bet arī veicina drošāku, efektīvāku un uzticamāku degvielas uzpildi un dzinēju darbību praktiskos jūras transportlīdzekļos.

3.5. Degvielas un sadegšanas uzlabojumu kopsavilkums - "CaviFlow® veiktspējas ieguvumi".

Šajā posmā RAPTECH kavitācijas apstrādes vispārējo ietekmi uz degvielas īpašībām, degšanas veiktspēju un darbības efektivitāti var apkopot šādi. Dati apstiprina izmērāmas fizikālās, ķīmiskās un ekonomiskās priekšrocības kavitācijas procesā apstrādātai degvielai salīdzinājumā ar tradicionāli sajaukto degvielu.

Parameter	Uzlabojumi	Efekts
Viskozitāte pie 50 °C	↓ ≈ 13 %	Vieglāka sūknēšana, mazāks priekšsildīšanas enerģijas patēriņš
Īpatnējais mazuta patēriņš (SFOC)	↓ ≈ 1 %	Uzlabota sadegšanas efektivitāte, neliels degvielas ietaupījums
Nosēdumu veidošanās (parasti 1-3 % v/v)	↓ ≈ 99 % (praktiski novērsta)	Tīrāki filtri, nav separatora pārslodzes, stabila un nepārtraukta darbība
Kopējais degvielas un jaudas patēriņa lietderības koeficients	↑ ≈ 4 % (degvielas ietaupījums)	Atbilst ≈ 1,2 t/dienā 50 000 DWT tankkuģim.
Dzinēja darbība	Stabila degšana ar minimālu NOₓ pieaugumu	Uzticama un konsekventa veiktspēja
Ietekme uz vidi	Zemāks nogulšņu, pelnu un sēra saturs	Tīrāka degšana, vieglāka atbilstība IMO/MARPOL standartiem

tabula. Galvenie veiktspējas ieguvumi, izmantojot CaviFlow® kavitācijas apstrādi

Glābšanas apgabals	Ietekme gadā (€)	Pamatojums / paskaidrojums
Degvielas patēriņa efektivitāte (~4 %)	€ 200 000 - 250 000	4 % no degvielas izmaksām
ES ETS / CO₂ ietaupījumi	€ 108 000 - 110 000	1,548 t × 70 EUR (aprēķināts) / t CO₂
Atbilstība un harta Premium	€ 50 000 - 200 000	Labāki čartera tarifi
Darbības efektivitāte un uzturēšana	€ 20 000 - 40 000	Tīrāka sadegšana → mazāks dzinēja nodilums
Attīrītājs / sildītājs Enerģijas taupīšana	€ 5 000 - 10 000	Mazāka viskozitāte → mazāka slodze
Kopējais potenciālais ietaupījums	≈ 380 000 - 600 000 € par kuģi gadā	Izņemot degvielas cenu izmaiņas

tabula. Aprēķinātā ikgadējā ekonomiskā ietekme, ko rada uz kavitāciju balstīta degvielas optimizācija

Pieņemot, ka 50 000 DWT tankkuģis darbojas ar FAME komponentu aptuveni 20 % apmērā, neto CO₂ emisijas koeficients samazinās no 3,114 t CO₂/t tīra HFO degvielas līdz 2,856 t CO₂/t degvielas, ņemot vērā RAPTECH kavitācijas tehnoloģijas efektivitātes priekšrocības. Tas atbilst kopējam CO₂ ietaupījumam aptuveni 1,548 t gadā, kas efektīvi paaugstina kuģa CII reitingu no C uz B. Šo uzlabojumu paredzamā ekonomiskā un vides ietekme ir apkopota 4. tabulā, uzsverot kopējās priekšrocības energoefektivitātes, emisiju samazināšanas un ekspluatācijas izmaksu ietaupījuma ziņā.

Šie konsolidētie uzlabojumi apliecina, ka kavitācijas apstrāde efektīvi uzlabo kuģu degvielas maisījumu vispārējo veiktspēju, uzlabojot energoefektivitāti, ekspluatācijas uzticamību un atbilstību vides aizsardzības prasībām.

4. Secinājumi

Ar kavitācijas palīdzību veikta homogenizācija demonstrē nepārprotamu potenciālu gan fizikālo, gan ķīmisko īpašību uzlabošanā jauktām degvielām - šajā pētījumā HFO, biodīzeļdegvielas un glicerīna maisījumiem.

Galvenie novērotie ieguvumi ir šādi:

• uzlabota maisījumu sajaukšana un viendabīgums, tostarp efektīva nogulšņu un atlikušā ūdens dispersija, kas samazina viskozitāti un atvieglo degvielas apstrādi.
  
  
• daļēja (regulējama) in situ ķīmiskā aktivizācija, kas rada izmērāmu sēra, pelnu un metālu piesārņojuma samazināšanos, kā arī mazāku nogulšņu veidošanos.
  
  
• Stabila sadegšana ar nelielu degvielas ietaupījumu (~ 1 %) un tikai nelielu NOₓ pieaugumu augstāka skābekļa satura dēļ.
  
  
• Samazinātas ekspluatācijas un apkopes prasības, tostarp priekšsildīšanas enerģija un dūņu apsaimniekošana.

Šie atklājumi liecina, ka kavitācijas homogenizācija var kalpot kā mērogojams, energoefektīvs un videi draudzīgs process kuģu degvielas maisījumu uzlabošanai un stabilizēšanai. Turpmāki pētījumi par kavitācijas izraisīto ķīmisko modifikāciju mehānismiem un dzinēja veiktspēju ilgtermiņā vēl vairāk veicinās tās integrēšanu ilgtspējīgās bunkurēšanas un degvielas apstrādes sistēmās.

Autori: Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH

Atsauces:

1. Starptautiskā jūrniecības organizācija (SJO). SJO 2020Sulfur Cap Regulation. SJO, Londona, 2020.
2. ISO 8217:2017. Specifications of Marine Fuels.Starptautiskā standartizācijas organizācija, Ženēva, 2017.
3. EN 14214. Taukskābju metilesteri (FAME) biodīzeļdegvielai - Prasības un testēšanas metodes. Eiropas Standartizācijas komiteja, Brisele, 2012.
4. Raptech GmbH. CaviFlow® Kavitācijas maisīšanas tehnoloģija: Tehniskā brošūra. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Pilns dzinēja testa ziņojums - CaterpillarMaK 6M20, HFO-biodīzeļdegvielas-glicerīna maisījumi. FVTR, 2025.
6. K. Kiran et al., Fuel Stabilization and EmissionReduction in Marine Applications Using Biodiesel Blends, Energy Fuels,2020, 34, 987-998.