Sammendrag
Studie
Kavitasjonsbasert homogenisering er en lovende metode for å forbedre drivstoffets stabilitet og ytelse. Ved å generere intense mikrobobler som kollapser voldsomt, fremmer kavitasjon både fysisk blanding og mild kjemisk aktivering, noe som forbedrer reologi, spredning og forbrenningsatferd. Denne studien evaluerer effekten av kavitasjon på HFO-biodiesel-glyserin-blandinger, og vurderer tetthet, viskositet, svovel- og metallinnhold, brennverdi, sedimentdannelse og motorytelse.
Tabell 1 oppsummerer de sammenlignende fysiske og kjemiske egenskapene til de tre viktigste drivstoffkomponentene som ble brukt i denne studien: HFO 380, biodiesel (FAME) og glyserin. HFO 380 fungerer som referansedrivstoff, mens biodiesel og glyserin fungerer som fornybare, svovelfrie blandingskomponenter. De ulike tetthetene, viskositetene og oksygeninnholdet er nøkkelfaktorer som påvirker blandingens oppførsel under homogenisering og forbrenning. Forståelsen av disse grunnleggende egenskapene danner grunnlaget for å vurdere hvordan RAPTECHs kavitasjonsbehandling forbedrer drivstoffets ensartethet, stabilitet og generelle kvalitet.
Tabell 1: Sammenlignende drivstoffegenskaper for HFO 380, biodiesel (FAME) og glyserin.
2. Materialer og metoder
3. Resultater og diskusjon
3.1 Fysiske egenskaper og reologi
Figur 1: Drivstoffblandingens tetthet som funksjon av temperaturen
Når det gjelder API-tyngdekraft, som vist i figur 2, er den laveste verdien observert for ren HFO 380, noe som gjenspeiler den relativt høye tettheten. Når HFO blandes ved hjelp av kavitasjon, øker API-tyngdekraften noe, noe som indikerer en beskjeden tetthetsreduksjon. En mer uttalt effekt ses når 20 % biodiesel tilsettes ved håndblanding, ettersom biodiesel har en betydelig lavere tetthet enn HFO, noe som resulterer i en betydelig økning i API-tyngdekraften. Den høyeste API-tyngdekraften oppnås med HFO som inneholder 20 % biodiesel behandlet med kavitasjon. I dette tilfellet er forskjellen mellom håndblanding og kavitasjonsblanding relativt liten, men kavitasjonsprosessen gir likevel en ytterligere forbedring av API-tyngdekraften utover effekten av biodiesel alene.

Figur 2: °API-tyngdekraft for studerte drivstoffblandinger

Figur 3: Brenselblandingens kinematiske viskositet som funksjon av temperaturen
3.2 Kjemiske egenskaper og oppgradering av drivstoff

Figur 4: Svovelinnhold i de studerte drivstoffblandingene

Figur 5: Vanadium-, silisium- og aluminiuminnhold i de undersøkte drivstoffblandingene

Figur 6: Netto brennverdi studert Drivstoffblanding

Figur 7: Flammepunkt for den studerte drivstoffblandingen

Figur 8: Flytepunkt for de studerte drivstoffblandingene
3.3 Sedimenter, aske og karbonrester

Figur 9: Total sedimentmengde (% masse) for de studerte drivstoffblandingene

Figur 10: Totalt sedimentpotensial (% masse) for de undersøkte drivstoffblandingene
Denne betydelige forbedringen indikerer en markant høyere drivstoffstabilitet og en betydelig lavere risiko for slamdannelse under lagring og motordrift. Vi vet at slamdannelse ved bunkring av skip fortsatt er en vedvarende operasjonell og regulatorisk utfordring med betydelige økonomiske konsekvenser.
Slamdannelsen avhenger av en rekke faktorer, blant annet drivstoffets sammensetning, lagringsforhold og håndteringspraksis. Driftserfaringer og IMO-retningslinjer indikerer at slamdannelse under rensing og lagring av drivstoff vanligvis ligger på 1-3 volumprosent av HFO-forbruket, selv om dette refererer til separator/bunkerrester og ikke bør sidestilles direkte med sedimentspesifikasjonen iISO 8217.
For et fartøy som lagrer 1 000 tonn HFO 380:
Tabell 2. Økonomiske konsekvenser av slamdannelse fra HFO380
For et fartøy som bruker 20 000 tonn HFO årlig, tilsvarer dette en drivstoffbesparelse på ca. 20-200 tonn per år, eller ca. 10 000-100 000 USD årlig (basert på en referansepris på 500 USD/t). Høyere drivstoffpriser eller større forbruk vil øke disse besparelsene proporsjonalt.
Det er viktig å merke seg at disse estimatene kun tar hensyn til det direkte tapet av brenselverdi. I praksis er kostnadene ved slamhåndtering ofte høyere på grunn av obligatorisk deponering i henhold til MARPOL Annex I, mottaksgebyrer i havner og krav til slamhåndtering, noe som kan overstige den enkle kostnaden for det tapte drivstoffet.
Ved å kombinere systematisk drivstoffhåndtering med avansert kavitasjonsbasert homogenisering kan operatørene

Figur 11: Askeinnhold (masseprosent) for de studerte drivstoffblandingene.
Nedgangen i karbonrester fra ren HFO til HFO-20 % biodiesel, illustrert i figur 12, skyldes først og fremst at tunge, aromatiske hydrokarboner erstattes med lettere, oksygenholdige fettsyreestere fra biodiesel. Den ytterligere reduksjonen som ble observert for blandingen HFO-10 % biodiesel-5 % glyserin, skyldes glyserinets oksygenrike sammensetning, som fremmer en mer fullstendig termisk dekomponering og begrenser dannelsen av ildfaste rester. En svak økning på ca. 3 % i karbonrester ved kavitasjonsbehandling av HFO-20 % biodiesel tilskrives økt aktivering av termisk nedbrytning som følge av den intense omrøringen som genereres under kavitasjon sammenlignet med håndblanding. Disse modifikasjonene forbedrer forbrenningseffektiviteten, reduserer sot og avleiringer i motorene og gjør det enklere å håndtere drivstoffet under bunkring og lagring.

Figur 12: Karbonrester (masseprosent) for de studerte drivstoffblandingene.
3.4 Forbrenning og motorytelse
HFO-FAME-blandinger produsert ved hjelp av kavitasjon ble testet og evaluert for ytelse i en firetakts marin dieselmotor, sammenlignet med konvensjonelt (grov) produserte HFO-FAME-blandinger. Undersøkelsene ble utført på en fullmotortestbenk levert av FVTR GmbH, basert på en Caterpillar MaK 6M20-motor. Følgende punkter oppsummerer de viktigste resultatene av testen:
3.5 Oppsummering av drivstoff- og forbrenningsforbedringer - "CaviFlow® Performance Gains"
På dette stadiet kan de samlede effektene av RAPTECHs kavitasjonsbehandling på drivstoffegenskaper, forbrenningsytelse og driftseffektivitet oppsummeres som følger. Dataene bekrefter målbare fysiske, kjemiske og økonomiske fordeler for kavitasjonsbehandlet drivstoff sammenlignet med konvensjonelt blandet drivstoff.
Tabell 3. Viktige ytelsesgevinster med CaviFlow®-kavitasjonsbehandling
Tabell 4. Estimert årlig økonomisk effekt av kavitasjonsbasert drivstoffoptimalisering
Hvis vi tar utgangspunkt i et scenario med et tankskip på 50 000 DWT som opererer med en FAME-komponent på ca. 20 %, reduseres netto CO₂-utslippsfaktor fra 3,114 t CO₂/t drivstoff for ren HFO til 2,856 t CO₂/t drivstoff, når man tar hensyn til effektivitetsfordelene med RAPTECHs kavitasjonsteknologi. Dette tilsvarer en samlet CO₂-besparelse på ca. 1,548 t per år, noe som effektivt oppgraderer fartøyets CII-klassifisering fra C til B. Den estimerte økonomiske og miljømessige effekten av disse forbedringene er oppsummert i tabell 4, som fremhever de kombinerte fordelene når det gjelder energieffektivitet, utslippsreduksjon og driftskostnadsbesparelser.
Disse samlede forbedringene bekrefter at kavitasjonsbehandling effektivt forbedrer den generelle ytelsen til blandet marint drivstoff - og forbedrer energieffektiviteten, driftssikkerheten og miljøsamsvaret.
4. Konklusjon
Kavitasjonsassistert homogenisering viser et klart potensial for å forbedre både de fysiske og kjemiske egenskapene til blandingsdrivstoff - i denne studien blandinger av HFO, biodiesel og glyserin.
Viktige observerte fordeler inkluderer:
Disse funnene viser at kavitasjonshomogenisering kan fungere som en skalerbar, energieffektiv og miljøvennlig prosess for oppgradering og stabilisering av blandet marint drivstoff. Fortsatt forskning på mekanismene bak kavitasjonsindusert kjemisk modifisering og langsiktig motorytelse vil bidra til å integrere denne prosessen i bærekraftige bunkrings- og drivstoffbehandlingssystemer.
Forfattere: Dr. Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referanser
1. Den internasjonale sjøfartsorganisasjonen (IMO). IMO 2020Sulfur Cap Regulation. IMO, London, 2020.
2. ISO 8217:2017. Spesifikasjoner for marint drivstoff, International Organization for Standardization, Genève, 2017.
3. EN 14214. Fettsyremetylestere (FAME) for biodiesel - Krav og testmetoder. European Committee for Standardization, Brussel, 2012.
4. Raptech GmbH. CaviFlow® Cavitation BlendingTechnology: Teknisk brosjyre. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Full motortestrapport - CaterpillarMaK 6M20, HFO-Biodiesel-Glyserin-blandinger. FVTR, 2025.
6. K. Kiran et al, Fuel Stabilization and EmissionReduction in Marine Applications Using Biodiesel Blends, Energy Fuels, 2020, 34, 987-998.
- Denne studien evaluerer effekten av kavitasjonshomogenisering på tung fyringsolje (HFO 380) og dens blandinger med biodiesel og glyserin for marine bruksområder. HFO, HFO-20 % biodiesel (B20) og HFO-10 % biodiesel-5 % glyserin (B10G5) ble sammenlignet under konvensjonell håndblanding og kavitasjonsbehandling.
- Kavitasjon forbedret flere drivstoffegenskaper betydelig, blant annet viskositet (opptil 19 % reduksjon), svovelinnhold (1,5-19 % reduksjon) og metallforurensninger (opptil 33 % reduksjon), samtidig som brennverdien ble opprettholdt på et sammenlignbart nivå. Fullskala motortester på en Caterpillar MaK 6M20 bekreftet forbedret forbrenningsstabilitet, redusert behov for forvarming, små drivstoffbesparelser (~1 %) og konsistente utslippsprofiler.
- Disse resultatene tyder på at kavitasjon bidrar til effektiv blanding og homogenisering, forenkler håndteringen av slam og restvann og gir en mild (justerbar) kjemisk aktivering in situ. Kavitasjonsbasert prosessering er en praktisk vei mot renere, mer effektiv og bærekraftig utnyttelse av blandet marint drivstoff.
- Skipsfartsnæringen er under stadig større press for å redusere utslippene og forbedre drivstoffeffektiviteten, drevet av IMOs svovelgrense for 2020, reguleringer av karbonintensitet og den økende bruken av alternative drivstoff. Tungolje (HFO) er fortsatt mye brukt på grunn av det høye energiinnholdet, men blanding med fornybare komponenter som biodiesel og glyserin er nødvendig for å oppfylle miljøbestemmelsene og forbedre forbrenningsegenskapene.
Studie
Kavitasjonsbasert homogenisering er en lovende metode for å forbedre drivstoffets stabilitet og ytelse. Ved å generere intense mikrobobler som kollapser voldsomt, fremmer kavitasjon både fysisk blanding og mild kjemisk aktivering, noe som forbedrer reologi, spredning og forbrenningsatferd. Denne studien evaluerer effekten av kavitasjon på HFO-biodiesel-glyserin-blandinger, og vurderer tetthet, viskositet, svovel- og metallinnhold, brennverdi, sedimentdannelse og motorytelse.
Tabell 1 oppsummerer de sammenlignende fysiske og kjemiske egenskapene til de tre viktigste drivstoffkomponentene som ble brukt i denne studien: HFO 380, biodiesel (FAME) og glyserin. HFO 380 fungerer som referansedrivstoff, mens biodiesel og glyserin fungerer som fornybare, svovelfrie blandingskomponenter. De ulike tetthetene, viskositetene og oksygeninnholdet er nøkkelfaktorer som påvirker blandingens oppførsel under homogenisering og forbrenning. Forståelsen av disse grunnleggende egenskapene danner grunnlaget for å vurdere hvordan RAPTECHs kavitasjonsbehandling forbedrer drivstoffets ensartethet, stabilitet og generelle kvalitet.
| Parameter | Enhet | HFO 380 (ISO 8217:2017) | Biodiesel (FAME, EN 14214) | Glyserin (rå/raffinert) |
|---|---|---|---|---|
| Tetthet ved 15 °C | kg/m³ | Maks. 991 | 860-900 | 1,260-1,270 |
| Kinematisk viskositet ved 50 °C | mm²/s | Maks. 380 | 4-6 | ~1 200 (ved 40 °C) |
| Svovelinnhold | % (m/m) | Maks. 3,50 | <0.001 | 0 |
| Innhold av aske | % (m/m) | Maks. 0,15 | <0.02 | <0.01 |
| Pour Point | °C | Maks. 30 | -5 til +15 | ~18 |
| Flammepunkt | °C | Min. 60 | >120 | >160 |
| Totalt sedimentpotensial | % (m/m) | Maks. 0,10 | - | - |
| Totalt Sediment Eksisterende | % (m/m) | Maks. 0,10 | - | - |
| Brutto brennverdi | MJ/kg | 41.5-42.5 | 39-40 | ~16 |
| Netto brennverdi | MJ/kg | 40-41 | 37-38 | ~14-15 |
| Oksygeninnhold | % (m/m) | ~0 | 10-12 | ~52 |
| Karbonrester (CCR) | % (m/m) | ~15 | <0.05 | <0.01 |
Tabell 1: Sammenlignende drivstoffegenskaper for HFO 380, biodiesel (FAME) og glyserin.
2. Materialer og metoder
- Drivstoff: HFO 380, biodiesel (FAME), glyserin
- Blandinger: HFO, HFO-20 % biodiesel (B20), HFO-10 % biodiesel-5 % glyserin (B10G5)
- Blanding: Konvensjonell håndblanding (HB/Coarse) og kavitasjonsassistert blanding (CF) ved hjelp av RAPTECHs CaviFlow®-system
- Analyser: Tetthet, API-tyngdekraft, kinematisk viskositet, svovel, metaller, brennverdi, flammepunkt, flytepunkt, totalt sedimentinnhold (TSE), totalt sedimentpotensial (TSP), askeinnhold og karbonrester, målt hos Bureau Veritas.
- Motortesting: FVTR GmbHs fullskala testbenk for marine dieselmotorer (Caterpillar MaK 6M20). Ytelse, utslipp, forbrenningstidspunkt og drivstofforbruk ble registrert.
3. Resultater og diskusjon
3.1 Fysiske egenskaper og reologi
- Tetthet og API-tyngdekraft: Ettersom biodiesel (860-900 kg/m³ ved 15 °C) har lavere densitet enn HFO 380, og begge har lavere densitet enn glyserin (1264 kg/m³ ved 15 °C), illustrerer figur 1 reduksjonen i densitet når biodiesel tilsettes HFO 380, og den tilsvarende økningen når glyserin tilsettes. Den viser også fordelen ved å bruke kavitasjonsteknologi i forhold til vanlig håndblanding, ettersom man oppnår en ekstra tetthetsreduksjon på ca. 0,3 %.

Figur 1: Drivstoffblandingens tetthet som funksjon av temperaturen
Når det gjelder API-tyngdekraft, som vist i figur 2, er den laveste verdien observert for ren HFO 380, noe som gjenspeiler den relativt høye tettheten. Når HFO blandes ved hjelp av kavitasjon, øker API-tyngdekraften noe, noe som indikerer en beskjeden tetthetsreduksjon. En mer uttalt effekt ses når 20 % biodiesel tilsettes ved håndblanding, ettersom biodiesel har en betydelig lavere tetthet enn HFO, noe som resulterer i en betydelig økning i API-tyngdekraften. Den høyeste API-tyngdekraften oppnås med HFO som inneholder 20 % biodiesel behandlet med kavitasjon. I dette tilfellet er forskjellen mellom håndblanding og kavitasjonsblanding relativt liten, men kavitasjonsprosessen gir likevel en ytterligere forbedring av API-tyngdekraften utover effekten av biodiesel alene.

Figur 2: °API-tyngdekraft for studerte drivstoffblandinger
- Viskositet: Figur 3 viser en lignende trend for kinematisk viskositet, og fremhever forskjellene mellom HFO 380 og biodiesel- og glyserinblandingene. HFO med 20 % biodiesel behandlet med kavitasjon oppnår en viskositetsreduksjon på opptil 19 % sammenlignet med håndblanding. Fra et praktisk synspunkt kan denne reduksjonen i viskositet og tetthet tilskrives kavitasjonens doble virkning - den intense blandingsevnen som effektivt blander drivstoff av forskjellig opprinnelse, og den sterke homogeniseringseffekten som stabiliserer blandingen og forbedrer dens reologiske og forbrenningsmessige egenskaper. Til sammen gjør disse mekanismene det enklere å pumpe, reduserer energibehovet til forvarming med ca. 6 % og forbedrer forstøvingen av drivstoffet, noe som øker forbrenningseffektiviteten og reduserer dannelsen av sot og uforbrente hydrokarboner.

Figur 3: Brenselblandingens kinematiske viskositet som funksjon av temperaturen
3.2 Kjemiske egenskaper og oppgradering av drivstoff
- Reduksjon av svovel: Ettersom biodiesel og glyserin ikke inneholder svovel, viser figur 4 den forventede reduksjonen i svovelinnhold mellom ren HFO og blandinger med biodiesel og glyserin. Den delvise kjemiske aktiveringen som induseres av kavitasjon - særlig når glyserin fungerer som oksygenbærer - kan forklare de ytterligere reduksjonene som er observert: ca. 1,5 % mellom håndblandet og kavitasjonsbehandlet HFO-20 % biodiesel, og ca. 19 % mellom HFO-20 % biodiesel og HFO-20 % biodiesel-5 % glyserin-blandingene behandlet med kavitasjon. Dette viser at kavitasjon ikke bare gir en kraftig blanding av ulike drivstofftyper og sterk homogenisering, men også bidrar til oppgradering av drivstoffet ved å fremme en mild in situ justerbar kjemisk modifisering av drivstoffkomponentene

Figur 4: Svovelinnhold i de studerte drivstoffblandingene
- Metallforurensninger (Cat Fines): Figur 5 viser at den forbedrede fysiske dispersjonen og de delvise kjemiske transformasjonene som induseres av kavitasjon, kan forklare den observerte reduksjonen i Cat Fines - mikroskopiske partikler av brukt katalysator, hovedsakelig bestående av silisium- og aluminiumoksider, som ofte finnes i restbrensel som tungolje (HFO). Det ble observert en reduksjon på opptil 33 % mellom håndblandet og kavitasjonsblandet drivstoff, og opptil 50 % mellom ubehandlet HFO og HFO som inneholdt 10 % biodiesel og 5 % glyserin etter kavitasjonsbehandling. Denne reduksjonen tyder på at kavitasjon bidrar til finere dispergering og muligens delvis overflatemodifisering eller fragmentering av disse katalysatorrestene, noe som fører til bedre drivstoffhomogenitet og potensielt lavere risiko for slitasje i drivstoffhåndteringssystemer.

Figur 5: Vanadium-, silisium- og aluminiuminnhold i de undersøkte drivstoffblandingene
- Brennverdi: Ettersom brennverdien til HFO er høyere enn brennverdien til biodiesel og glyserin, fører tilsetningen av biodiesel og glyserin til en reduksjon i netto brennverdi. Den delvise forbedringen av drivstoffets reaktivitet gjennom kavitasjonsbehandling kan forklare den ytterligere reduksjonen på ca. 0,2 % som er observert mellom håndblandet og kavitasjonsblandet drivstoff, som vist i figur 6. Denne lille reduksjonen kompenseres i praksis av forbedret forbrenningseffektivitet, renere forbrenning og mer stabil tenning - alt dette er gunstig for ytelsen til skipsmotorer og utslippskontroll.

Figur 6: Netto brennverdi studert Drivstoffblanding
- Flammepunkt: Siden flammepunktet til HFO er betydelig lavere enn for biodiesel, vil tilsetning av biodiesel øke blandingens flammepunkt. Den intense homogeniseringen som oppnås gjennom kavitasjonsbehandlingen, resulterer imidlertid i en betydelig reduksjon på ca. 20 % i flammepunktet sammenlignet med det håndblandede drivstoffet, som vist i figur 7. Denne reduksjonen gjenspeiler en jevnere fordeling av lettere fraksjoner i blandingen, noe som kan gjøre det lettere å håndtere drivstoffet og fordampe det under oppstart av motoren, uten at det går ut over sikkerhetsmarginene ved bunkring.

Figur 7: Flammepunkt for den studerte drivstoffblandingen
- Flytepunkt: Ettersom hellepunktet til HFO er betydelig høyere enn for biodiesel, senker tilsetting av biodiesel hellepunktet, noe som forbedrer flytegenskapene ved lave temperaturer og reduserer behovet for forvarming under overføring og innsprøyting. Ingen merkbar påvirkning av kavitasjonsbehandling er observert på flytepunktet sammenlignet med det håndblandede drivstoffet (figur 8), noe som indikerer at kavitasjon først og fremst påvirker mikrostruktur og reaktivitet snarere enn faseoverganger i bulk.

Figur 8: Flytepunkt for de studerte drivstoffblandingene
3.3 Sedimenter, aske og karbonrester
- Sedimentering: Reduksjonen i TSE (Total Sediment Existent) på ca. 33 % som ble observert ved blanding av HFO og biodiesel (figur 9), tilskrives hovedsakelig biodieselens amfifile natur, som stabiliserer asfaltener gjennom polare interaksjoner og forbedrer drivstoffets homogenitet og viskositet, og dermed forhindrer aggregering og sedimentering. En ytterligere reduksjon på ca. 33 % i TSE oppnås gjennom kavitasjonsbasert homogenisering av HFO-biodieselblandingen sammenlignet med håndblanding.

Figur 9: Total sedimentmengde (% masse) for de studerte drivstoffblandingene
- Den betydelige reduksjonen i totalt sedimentpotensial (TSP) på ca. 60 % som ble observert ved blanding av HFO og biodiesel (figur 10), kan også hovedsakelig tilskrives biodieselens amfifile natur, som stabiliserer asfaltener gjennom polare interaksjoner og forbedrer drivstoffets ensartethet og flytegenskaper, og dermed minimerer aggregering og dannelse av sedimenter. En ytterligere reduksjon på ca. 25 % i TSP oppnås gjennom kavitasjonsbasert homogenisering av HFO-biodiesel-blandingen sammenlignet med håndblanding.

Figur 10: Totalt sedimentpotensial (% masse) for de undersøkte drivstoffblandingene
Denne betydelige forbedringen indikerer en markant høyere drivstoffstabilitet og en betydelig lavere risiko for slamdannelse under lagring og motordrift. Vi vet at slamdannelse ved bunkring av skip fortsatt er en vedvarende operasjonell og regulatorisk utfordring med betydelige økonomiske konsekvenser.
Slamdannelsen avhenger av en rekke faktorer, blant annet drivstoffets sammensetning, lagringsforhold og håndteringspraksis. Driftserfaringer og IMO-retningslinjer indikerer at slamdannelse under rensing og lagring av drivstoff vanligvis ligger på 1-3 volumprosent av HFO-forbruket, selv om dette refererer til separator/bunkerrester og ikke bør sidestilles direkte med sedimentspesifikasjonen iISO 8217.
For et fartøy som lagrer 1 000 tonn HFO 380:
| Scenario | Slammasse (t) | Sluglevolum m³ | Tap av drivstoffkostnader ved $500/t |
|---|---|---|---|
| Lavt estimert (1 volumprosent) | 9.5 | ≈ 10 | 4.750 |
| Høyt estimert (3 volumprosent) | 28.5 | ≈ 30 | 14.250 |
Tabell 2. Økonomiske konsekvenser av slamdannelse fra HFO380
For et fartøy som bruker 20 000 tonn HFO årlig, tilsvarer dette en drivstoffbesparelse på ca. 20-200 tonn per år, eller ca. 10 000-100 000 USD årlig (basert på en referansepris på 500 USD/t). Høyere drivstoffpriser eller større forbruk vil øke disse besparelsene proporsjonalt.
Det er viktig å merke seg at disse estimatene kun tar hensyn til det direkte tapet av brenselverdi. I praksis er kostnadene ved slamhåndtering ofte høyere på grunn av obligatorisk deponering i henhold til MARPOL Annex I, mottaksgebyrer i havner og krav til slamhåndtering, noe som kan overstige den enkle kostnaden for det tapte drivstoffet.
Ved å kombinere systematisk drivstoffhåndtering med avansert kavitasjonsbasert homogenisering kan operatørene
- Opprettholde langsiktig drivstoffstabilitet
- Redusere vedlikehold, nedetid og avhendingskostnader
- Forbedre drivstoffutnyttelsen, motorens pålitelighet og driftssikkerheten
- Sikre samsvar med MARPOL Annex I og samtidig redusere miljørisikoen
- Aske og karbonrester: Siden biodiesel ikke inneholder aske, viser figur 11 den forventede reduksjonen i askeinnhold når biodiesel blandes med ren HFO. Kavitasjon forsterker denne effekten ytterligere ved å fremme finere spredning og delvis overflatefragmentering av askepartiklene, noe som resulterer i en ytterligere reduksjon på ca. 4 % i HFO-biodieselblandingen. Lavere askeinnhold bidrar til renere lagring og håndtering, reduserer begroing i rørledninger og tanker under bunkring og bidrar til en mer effektiv forbrenning med mindre partikkeldannelse i motorene.

Figur 11: Askeinnhold (masseprosent) for de studerte drivstoffblandingene.
Nedgangen i karbonrester fra ren HFO til HFO-20 % biodiesel, illustrert i figur 12, skyldes først og fremst at tunge, aromatiske hydrokarboner erstattes med lettere, oksygenholdige fettsyreestere fra biodiesel. Den ytterligere reduksjonen som ble observert for blandingen HFO-10 % biodiesel-5 % glyserin, skyldes glyserinets oksygenrike sammensetning, som fremmer en mer fullstendig termisk dekomponering og begrenser dannelsen av ildfaste rester. En svak økning på ca. 3 % i karbonrester ved kavitasjonsbehandling av HFO-20 % biodiesel tilskrives økt aktivering av termisk nedbrytning som følge av den intense omrøringen som genereres under kavitasjon sammenlignet med håndblanding. Disse modifikasjonene forbedrer forbrenningseffektiviteten, reduserer sot og avleiringer i motorene og gjør det enklere å håndtere drivstoffet under bunkring og lagring.

Figur 12: Karbonrester (masseprosent) for de studerte drivstoffblandingene.
3.4 Forbrenning og motorytelse
HFO-FAME-blandinger produsert ved hjelp av kavitasjon ble testet og evaluert for ytelse i en firetakts marin dieselmotor, sammenlignet med konvensjonelt (grov) produserte HFO-FAME-blandinger. Undersøkelsene ble utført på en fullmotortestbenk levert av FVTR GmbH, basert på en Caterpillar MaK 6M20-motor. Følgende punkter oppsummerer de viktigste resultatene av testen:
- Viskositet og forvarming: Redusert innsprøytningstemperatur (>6 K) reduserte energibehovet for forvarming
- Forbrenningstidspunkt: Litt tidligere start og slutt på forbrenningen, litt kortere varighet, noe som fører til mindre drivstoffbesparelser (~1 %) og litt høyere NOx-utslipp på grunn av oksygeninnholdet
- Utslipp: CO CO, CO₂, HC, O₂ og FSN var de samme som for håndblandet drivstoff, og det ble ikke observert noen driftsproblemer.Den kavitasjonsbehandlede HFO-FAME-blandingen har klare praktiske fordeler ved bruk i skipsmotorer. Den lavere viskositeten reduserer behovet for energi til forvarming, forenkler innsprøytningen og bidrar til et noe lavere drivstofforbruk. Forbrenningen er stabil og pålitelig, og utslippene er stort sett sammenlignbare med konvensjonelle blandinger, bortsett fra den forventede mindre økningen i NOx på grunn av høyere oksygeninnhold. Disse resultatene indikerer at kavitasjonsbasert blanding ikke bare forbedrer de reologiske egenskapene og forbrenningsegenskapene til HFO-FAME-drivstoff, men også bidrar til sikrere, mer effektiv og pålitelig bunkring og motorytelse i praktiske marine anvendelser.
3.5 Oppsummering av drivstoff- og forbrenningsforbedringer - "CaviFlow® Performance Gains"
På dette stadiet kan de samlede effektene av RAPTECHs kavitasjonsbehandling på drivstoffegenskaper, forbrenningsytelse og driftseffektivitet oppsummeres som følger. Dataene bekrefter målbare fysiske, kjemiske og økonomiske fordeler for kavitasjonsbehandlet drivstoff sammenlignet med konvensjonelt blandet drivstoff.
| Parameter | Forbedring | Effekt |
|---|---|---|
| Viskositet ved 50 °C | ↓ ≈ 13 % | Enklere pumping, redusert energibehov til forvarming |
| Spesifikt forbruk av fyringsolje (SFOC) | ↓ ≈ 1 % | Forbedret forbrenningseffektivitet, noe drivstoffbesparende |
| Slamdannelse (typisk 1-3 % v/v) | ↓ ≈ 99 % (praktisk talt eliminert) | Renere filtre, ingen overbelastning av separatoren, stabil og kontinuerlig drift |
| Samlet drivstoff/effekt-effektivitet | ↑ ≈ 4 % (drivstoffbesparelse) | Tilsvarer ≈ 1,2 t/dag for et tankskip på 50 000 DWT |
| Drift av motoren | Stabil forbrenning med minimal NOₓ-økning | Pålitelig og konsekvent ytelse |
| Miljøpåvirkning | Lavere innhold av sediment, aske og svovel | Renere forbrenning, enklere overholdelse av IMO/MARPOL-standarder |
Tabell 3. Viktige ytelsesgevinster med CaviFlow®-kavitasjonsbehandling
| Lagringsområde | Årlig innvirkning (€) | Grunnlag / Forklaring |
|---|---|---|
| Drivstoffeffektivitet (~4 %) | € 200 000 - 250 000 | 4 % av drivstoffkostnadene |
| EU ETS / CO₂-besparelser | € 108 000 - 110 000 | 1 548 t × 70 euro (estimert) / t CO₂ |
| Etterlevelse og charterpremie | € 50 000 - 200 000 | Bedre charterpriser |
| Driftseffektivitet og vedlikehold | € 20 000 - 40 000 | Renere forbrenning → mindre motorslitasje |
| Energisparing for renser/varmer | € 5 000 - 10 000 | Lavere viskositet → redusert belastning |
| Total potensiell besparelse | ≈ € 380 000 - 600 000 per skip / år | Eksklusive endringer i drivstoffpriser |
Tabell 4. Estimert årlig økonomisk effekt av kavitasjonsbasert drivstoffoptimalisering
Hvis vi tar utgangspunkt i et scenario med et tankskip på 50 000 DWT som opererer med en FAME-komponent på ca. 20 %, reduseres netto CO₂-utslippsfaktor fra 3,114 t CO₂/t drivstoff for ren HFO til 2,856 t CO₂/t drivstoff, når man tar hensyn til effektivitetsfordelene med RAPTECHs kavitasjonsteknologi. Dette tilsvarer en samlet CO₂-besparelse på ca. 1,548 t per år, noe som effektivt oppgraderer fartøyets CII-klassifisering fra C til B. Den estimerte økonomiske og miljømessige effekten av disse forbedringene er oppsummert i tabell 4, som fremhever de kombinerte fordelene når det gjelder energieffektivitet, utslippsreduksjon og driftskostnadsbesparelser.
Disse samlede forbedringene bekrefter at kavitasjonsbehandling effektivt forbedrer den generelle ytelsen til blandet marint drivstoff - og forbedrer energieffektiviteten, driftssikkerheten og miljøsamsvaret.
4. Konklusjon
Kavitasjonsassistert homogenisering viser et klart potensial for å forbedre både de fysiske og kjemiske egenskapene til blandingsdrivstoff - i denne studien blandinger av HFO, biodiesel og glyserin.
Viktige observerte fordeler inkluderer:
- Forbedret blanding og ensartethet, inkludert effektiv dispergering av slam og restvann, noe som resulterer i redusert viskositet og enklere håndtering av drivstoffet
- Delvis (justerbar) kjemisk in situ-aktivering som fører til målbare reduksjoner i svovel-, aske- og metallforurensninger, samt lavere sedimentdannelse
- Stabil forbrenning med små drivstoffbesparelser (~1 %) og kun mindre økning i NOₓ på grunn av høyere oksygeninnhold
- Reduserte drifts- og vedlikeholdskrav, inkludert energi til forvarming og slamhåndtering
Disse funnene viser at kavitasjonshomogenisering kan fungere som en skalerbar, energieffektiv og miljøvennlig prosess for oppgradering og stabilisering av blandet marint drivstoff. Fortsatt forskning på mekanismene bak kavitasjonsindusert kjemisk modifisering og langsiktig motorytelse vil bidra til å integrere denne prosessen i bærekraftige bunkrings- og drivstoffbehandlingssystemer.
Forfattere: Dr. Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Referanser
1. Den internasjonale sjøfartsorganisasjonen (IMO). IMO 2020Sulfur Cap Regulation. IMO, London, 2020.
2. ISO 8217:2017. Spesifikasjoner for marint drivstoff, International Organization for Standardization, Genève, 2017.
3. EN 14214. Fettsyremetylestere (FAME) for biodiesel - Krav og testmetoder. European Committee for Standardization, Brussel, 2012.
4. Raptech GmbH. CaviFlow® Cavitation BlendingTechnology: Teknisk brosjyre. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Full motortestrapport - CaterpillarMaK 6M20, HFO-Biodiesel-Glyserin-blandinger. FVTR, 2025.
6. K. Kiran et al, Fuel Stabilization and EmissionReduction in Marine Applications Using Biodiesel Blends, Energy Fuels, 2020, 34, 987-998.




