Rezumat
Studiu
Omogenizarea bazată pe cavitație este o metodă promițătoare de îmbunătățire a stabilității și performanței combustibilului .Prin generarea de microbulii intense care se prăbușesc violent, cavitația promovează atât amestecul fizic, cât și activarea chimică ușoară, îmbunătățind reologia, dispersia și comportamentul de ardere. Acest studiu evaluează efectele cavitării asupra amestecurilor HFO-biodiesel-glicerină, evaluând densitatea, vâscozitatea, conținutul de sulf și metale, valoarea calorică, formarea sedimentelor și performanța motorului.
Tabelul 1 rezumă proprietățile fizice și chimice comparative ale celor trei componente principale de combustibil utilizate în acest studiu: HFO 380, biodiesel (FAME) și glicerină. HFO 380 servește drept referință de bază, în timp ce biodieselul și glicerina acționează ca componente de amestec regenerabile, fără sulf. Densitatea, vâscozitatea și conținutul de oxigen contrastante ale acestora sunt factori-cheie care influențează comportamentul amestecului în timpul omogenizării și arderii. Înțelegerea acestor proprietăți de bază oferă o bază pentru evaluarea performanței tratamentului de cavitare RAPTECH în îmbunătățirea uniformității, stabilității și calității generale a combustibilului.
Tabelul 1: Proprietăți comparative ale combustibilului HFO 380, biodiesel (FAME) și glicerină.
2. Materiale și metode
3. Rezultate și discuții
3.1 Proprietăți fizice și reologie
Figura 1: Densitatea amestecului de carburanți în funcție de temperatură
În ceea ce privește gravitația API, prezentată în figura 2, cea mai mică valoare este observată pentru HFO pur 380, reflectând densitatea sa relativ ridicată. Atunci când HFO este amestecat prin cavitare, gravitatea API crește ușor, indicând o reducere modestă a densității. Se observă un efect mai pronunțat atunci când se adaugă 20% biomotorină prin amestecare manuală, deoarece biomotorina are o densitate considerabil mai mică decât HFO, ceea ce duce la o creștere semnificativă a gravității API. Cea mai mare densitate API este obținută cu HFO care conține 20% biomotorină tratată prin cavitare. În acest caz, diferența dintre amestecarea manuală și amestecarea prin cavitare este relativ mică, dar procesul de cavitare oferă totuși o îmbunătățire suplimentară a gravității API, dincolo de efectul biodieselului singur.
Figura 2: °API Gravity pentru amestecul de combustibili studiat
Figura 3: Vâscozitatea cinematică a amestecului de carburanți în funcție de temperatură
3.2 Proprietăți chimice și modernizarea combustibilului
Figura 4: Conținutul de sulf pentru amestecul de combustibili studiat
Figura 5: Conținutul de vanadiu, siliciu și aluminiu pentru amestecurile de combustibili studiate
Figura 6: Puterea calorifică netă studiată Combustibili în amestec
Figura 7: Punctul de aprindere pentru amestecul studied Fuels
Figura 8: Punctul de curgere pentru amestecul de combustibili studiat
3.3 Sedimente, cenușă și reziduuri de carbon
Figura 9: Sedimente totale existente (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat
Figura 10: Potențial total de sedimente (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat
Această îmbunătățire substanțială indică o stabilitate mult mai mare a combustibilului și un risc mult mai scăzut de formare a nămolului în timpul depozitării și funcționării motorului. Știind că formarea nămolului în timpul aprovizionării navelor cu combustibil rămâne o provocare operațională și de reglementare persistentă, cu consecințe economice substanțiale.
De fapt, rata de formare a nămolului depinde de diverși factori, inclusiv compoziția combustibilului, condițiile de depozitare și practicile de manipulare. Experiența operațională și orientările OMI indică faptul că generarea de nămol în timpul purificării și depozitării combustibilului variază de obicei între 1-3% din volumul de HFO consumat, deși aceasta se referă la reziduurile separatorului/bunkerului și nu ar trebui să fie echivalată direct cu specificația ISO 8217 privind sedimentele.
Pentru o navă care stochează 1.000 de tone de HFO 380:
Tabelul 2. Impactul economic al formării nămolului din HFO380
Pentru o navă care consumă anual 20 000 t de HFO, aceasta corespunde unei economii de combustibil de aproximativ 20-200 t pe an, sau aproximativ 10 000-100 000 USD anual (pe baza unui preț de referință de 500 USD/t). Un preț mai ridicat al combustibilului sau un consum mai mare ar crește proporțional aceste economii.
Trebuie remarcat faptul că aceste estimări iau în considerare doar pierderea directă a valorii combustibilului. În practică, costurile de gestionare a nămolului sunt adesea mai mari din cauza eliminării obligatorii în conformitate cu anexa I la MARPOL, a taxelor de primire în port și a cerințelor de manipulare a nămolului, care pot depăși semnificativ costul simplu al combustibilului pierdut.
Prin combinarea gestionării sistematice a combustibilului cu omogenizarea avansată bazată pe cavitare, operatorii pot:
Figura 11: Conținutul de cenușă (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat.
Scăderea reziduurilor de carbon de la HFO pur la HFO-20% biomotorină, ilustrată în figura 12, se datorează în primul rând înlocuirii hidrocarburilor aromatice grele cu esteri oxigenați de acid gras mai ușori ai biomotorinei. Reducerea suplimentară observată pentru amestecul HFO-10%biodiesel-5% glicerină provine din compoziția bogată în oxigen a glicerinei, care favorizează o descompunere termică mai completă și limitează formarea reziduurilor refractare. O ușoară creștere de aproximativ 3% a reziduurilor de carbon în cazul tratării prin cavitare a biomotorinei HFO-20% este atribuită activării sporite a descompunerii termice indusă de agitația intensă generată în timpul cavitării, comparativ cu amestecul manual. Aceste modificări îmbunătățesc eficiența arderii, reduc funinginea și depunerile în motoare și facilitează manipularea mai lină a combustibilului în timpul operațiunilor de buncăr și depozitare.
Figura 12: Reziduuri de carbon (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat.
3.4 Arderea și performanța motorului
Amestecurile HFO-FAME produse prin cavitare au fost testate și evaluate în ceea ce privește performanța într-un motor diesel marin în patru timpi, în comparație cu amestecurile HFO-FAME produse în mod convențional (grosier). Investigațiile au fost efectuate pe un banc de testare cu motor complet furnizat de FVTR GmbH, bazat pe un motor Caterpillar MaK 6M20. Următoarele puncte sintetizează principalele rezultate ale testului:
3.5 Rezumatul îmbunătățirilor aduse combustibilului și combustiei - "Câștiguri de performanță CaviFlow®"
În acest stadiu, efectele globale ale tratamentului prin cavitație RAPTECH asupra proprietăților combustibilului, performanței combustiei și eficienței operaționale pot fi rezumate după cum urmează. Datele confirmă avantajele fizice, chimice și economice măsurabile ale combustibililor tratați prin cavitare în comparație cu cei amestecați în mod convențional.
Tabelul 3. Principalele câștiguri de performanță cu tratamentul prin cavitare CaviFlow®
Tabelul 4. Impactul economic anual estimat al optimizării combustibilului pe bază de cavitare
Presupunând scenariul unui petrolier cu 50 000 DWT care funcționează cu o componentă FAME de aproximativ 20 %, există o reducere a factorului net de emisii de CO₂ de la 3,114 t CO₂ / t combustibil pentru HFO pur la 2,856 t CO₂ / t combustibil, luând în considerare beneficiile de eficiență ale tehnologiei de cavitare RAPTECH. Acest lucru corespunde unei economii globale de CO₂ de aproximativ 1,548 t pe an, ceea ce îmbunătățește efectiv ratingul CII al navei de la C la B. Impactul economic și de mediu estimat al acestor îmbunătățiri este rezumat în tabelul 4, subliniind avantajele combinate în ceea ce privește eficiența energetică, reducerea emisiilor și economiile de costuri operaționale.
Aceste îmbunătățiri consolidate confirmă faptul că tratamentul prin cavitare îmbunătățește în mod eficient performanța generală a combustibililor marini amestecați - îmbunătățind eficiența energetică, fiabilitatea operațională și conformitatea cu mediul.
4. Concluzii
Omogenizarea asistată de cavitație demonstrează un potențial clar de îmbunătățire a proprietăților fizice și chimice ale combustibililor amestecați - în acest studiu, amestecuri de HFO, biodiesel și glicerină.
Principalele beneficii observate includ:
Aceste constatări demonstrează că omogenizarea prin cavitare poate servi ca un proces scalabil, eficient din punct de vedere energetic și compatibil cu mediul pentru îmbunătățirea și stabilizarea amestecurilor de combustibili marini. Continuarea cercetărilor privind mecanismele de modificare chimică indusă de cavitare și performanțele motorului pe termen lung vor sprijini în continuare integrarea acestuia în sistemele durabile de alimentare cu combustibil și de tratare a combustibilului.
Autori: Dr. Ahmad Saylam Dr. Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Bibliografie
1. Organizația Maritimă Internațională (OMI). IMO 2020Sulfur Cap Regulation. IMO, Londra, 2020.
2. ISO 8217:2017. Specifications of Marine Fuels. Organizația Internațională de Standardizare, Geneva, 2017.
3. EN 14214. Esteri metilici ai acizilor grași (FAME) pentru combustibilul biodiesel - Cerințe și metode de testare. European Committee forStandardization, Bruxelles, 2012.
4. Raptech GmbH. CaviFlow® Cavitation BlendingTechnology: Broșură tehnică. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Raport complet de testare a motorului - CaterpillarMaK 6M20, amestecuri HFO-Biodiesel-Glicerină. FVTR, 2025.
6. K. Kiran et al., Fuel Stabilization and EmissionReduction in Marine Applications Using Biodiesel Blends, Energy Fuels,2020, 34, 987-998.
- Acest studiu evaluează efectul omogenizării prin cavitare asupra păcurii grele (HFO 380) și a amestecurilor sale cu biodiesel și glicerină pentru aplicații marine. HFO, HFO-20% biodiesel (B20) și HFO-10% biodiesel-5% glicerină (B10G5) au fost comparate prin amestecare manuală convențională și tratament prin cavitare.
- Cavitația a îmbunătățit semnificativ mai multe proprietăți ale combustibilului, inclusiv vâscozitatea (reducere de până la 19%), conținutul de sulf (scădere de 1,5-19%) și contaminanții metalici (reducere de până la 33%), menținând în același timp o valoare calorifică comparabilă. Testele la scară reală efectuate pe un motor Caterpillar MaK 6M20 au confirmat îmbunătățirea stabilității arderii, reducerea cerințelor de preîncălzire, ușoare economii de combustibil (~1%) și profiluri coerente ale emisiilor.
- Aceste rezultate indică faptul că cavitarea promovează amestecarea și omogenizarea eficientă , facilitează manipularea nămolului și a apei reziduale și induce o activare chimică in situ ușoară (reglabilă) . În general, procesarea bazată pe cavitare reprezintă o cale practică către utilizarea mai curată, mai eficientă și durabilă a combustibililor marini amestecați.
- Industria navală este supusă unei presiuni din ce în ce mai mari pentru a reduce emisiile și a îmbunătăți eficiența combustibilului, determinată de limitarea emisiilor de sulf impusă de OMI în 2020, de reglementările privind intensitatea emisiilor de carbon și de utilizarea tot mai frecventă a combustibililor alternativi. Uleiul combustibil greu (HFO) rămâne utilizat pe scară largă datorită conținutului său ridicat de energie, dar amestecul cu componente regenerabile, cum ar fi biodieselul și glicerina, este necesar pentru a respecta reglementările de mediu și pentru a îmbunătăți caracteristicile de ardere.
Studiu
Omogenizarea bazată pe cavitație este o metodă promițătoare de îmbunătățire a stabilității și performanței combustibilului .Prin generarea de microbulii intense care se prăbușesc violent, cavitația promovează atât amestecul fizic, cât și activarea chimică ușoară, îmbunătățind reologia, dispersia și comportamentul de ardere. Acest studiu evaluează efectele cavitării asupra amestecurilor HFO-biodiesel-glicerină, evaluând densitatea, vâscozitatea, conținutul de sulf și metale, valoarea calorică, formarea sedimentelor și performanța motorului.
Tabelul 1 rezumă proprietățile fizice și chimice comparative ale celor trei componente principale de combustibil utilizate în acest studiu: HFO 380, biodiesel (FAME) și glicerină. HFO 380 servește drept referință de bază, în timp ce biodieselul și glicerina acționează ca componente de amestec regenerabile, fără sulf. Densitatea, vâscozitatea și conținutul de oxigen contrastante ale acestora sunt factori-cheie care influențează comportamentul amestecului în timpul omogenizării și arderii. Înțelegerea acestor proprietăți de bază oferă o bază pentru evaluarea performanței tratamentului de cavitare RAPTECH în îmbunătățirea uniformității, stabilității și calității generale a combustibilului.
| Parameter | Unitate | HFO 380 (ISO 8217:2017) | Biodiesel (FAME, EN 14214) | Glicerină (brută/rafinată) |
|---|---|---|---|---|
| Densitate la 15°C | kg/m³ | Max. 991 | 860-900 | 1,260-1,270 |
| Vâscozitate cinematică la 50°C | mm²/s | Max. 380 | 4-6 | ~1,200 (la 40°C) |
| Conținut de sulf | % (m/m) | Max. 3.50 | <0.001 | 0 |
| Conținutul de cenușă | % (m/m) | Max. 0.15 | <0.02 | <0.01 |
| Punct de turnare | °C | Max. 30 | -5 până la +15 | ~18 |
| Punct de aprindere | °C | Min. 60 | >120 | >160 |
| Potențial sedimentar total | % (m/m) | Max. 0.10 | - | - |
| Sedimente totale Existent | % (m/m) | Max. 0.10 | - | - |
| Puterea calorifică brută | MJ/kg | 41.5-42.5 | 39-40 | ~16 |
| Valoarea calorifică netă | MJ/kg | 40-41 | 37-38 | ~14-15 |
| Conținutul de oxigen | % (m/m) | ~0 | 10-12 | ~52 |
| Reziduuri de carbon (CCR) | % (m/m) | ~15 | <0.05 | <0.01 |
Tabelul 1: Proprietăți comparative ale combustibilului HFO 380, biodiesel (FAME) și glicerină.
2. Materiale și metode
- Combustibili: HFO 380, biodiesel (FAME), glicerină
- Amestecuri: HFO, HFO-20% biodiesel (B20), HFO-10% biodiesel-5% glicerină (B10G5)
- Amestecare: Amestecare manuală convențională (HB/Coarse) și amestecare asistată de cavitare (CF) utilizând sistemul CaviFlow® al RAPTECH
- Analize: Densitate, greutate API, vâscozitate cinematică, sulf, metale, putere calorifică, punct de aprindere, punct de turnare, sedimente totale existente (TSE), sedimente totale potențiale (TSP), conținut de cenușă și reziduuri de carbon, măsurate la Bureau Veritas
- Testarea motorului: Banc de testare diesel marin la scară reală FVTR GmbH (Caterpillar MaK 6M20). Au fost înregistrate performanțele, emisiile, momentul arderii și consumul de combustibil
3. Rezultate și discuții
3.1 Proprietăți fizice și reologie
- Densitate și greutate API: Deoarece biodieselul (860-900 kg/m³ la 15 °C) are o densitate mai mică decât HFO 380 și ambele sunt mai puțin dense decât glicerina (1264 kg/m³ la 15 °C), figura 1 ilustrează scăderea densității atunci când biodieselul este adăugat la HFO 380 și creșterea corespunzătoare atunci când este adăugată glicerina. Aceasta evidențiază, de asemenea, avantajul utilizării tehnologiei de cavitare față de amestecarea manuală standard, obținându-se o reducere suplimentară a densității de aproximativ 0,3 %.
Figura 1: Densitatea amestecului de carburanți în funcție de temperatură
În ceea ce privește gravitația API, prezentată în figura 2, cea mai mică valoare este observată pentru HFO pur 380, reflectând densitatea sa relativ ridicată. Atunci când HFO este amestecat prin cavitare, gravitatea API crește ușor, indicând o reducere modestă a densității. Se observă un efect mai pronunțat atunci când se adaugă 20% biomotorină prin amestecare manuală, deoarece biomotorina are o densitate considerabil mai mică decât HFO, ceea ce duce la o creștere semnificativă a gravității API. Cea mai mare densitate API este obținută cu HFO care conține 20% biomotorină tratată prin cavitare. În acest caz, diferența dintre amestecarea manuală și amestecarea prin cavitare este relativ mică, dar procesul de cavitare oferă totuși o îmbunătățire suplimentară a gravității API, dincolo de efectul biodieselului singur.
Figura 2: °API Gravity pentru amestecul de combustibili studiat
- Vâscozitate: Figura 3 prezintă o tendință similară pentru vâscozitatea cinematică, evidențiind diferențele dintre HFO 380 și amestecurile sale de biodiesel și glicerină. În special, HFO cu 20% biodiesel tratat prin cavitare obține o reducere a vâscozității de până la 19% comparativ cu amestecul manual. Din punct de vedere practic, această reducere a vâscozității și densității poate fi atribuită acțiunii duble a cavitării - capacitatea sa intensă de amestecare, care amestecă eficient combustibili de origini diferite, și efectul său puternic de omogenizare, care stabilizează amestecul și îi îmbunătățește caracteristicile reologice și de ardere. Împreună, aceste mecanisme facilitează pomparea, reduc necesarul de energie pentru preîncălzire cu aproximativ 6% și sporesc atomizarea combustibilului, îmbunătățind astfel eficiența arderii și reducând formarea funinginii și a hidrocarburilor nearse.
Figura 3: Vâscozitatea cinematică a amestecului de carburanți în funcție de temperatură
3.2 Proprietăți chimice și modernizarea combustibilului
- Reducerea conținutului de sulf: Deoarece biodieselul și glicerina nu conțin sulf, figura 4 arată scăderea preconizată a conținutului de sulf între HFO pur și amestecurile sale cu biodiesel și glicerină. Activarea chimică parțială indusă de cavitare - în special în cazul în care glicerina acționează ca un purtător de oxigen - poate explica reducerile suplimentare observate: aproximativ 1,5% între combustibilii HFO-20% biodiesel amestecați manual și tratați prin cavitare și aproximativ 19% între amestecurile HFO-20% biodiesel și HFO-20% biodiesel-5% glicerină tratate prin cavitare. Acest lucru demonstrează că cavitarea nu numai că asigură o amestecare puternică a diverselor tipuri de combustibil și o omogenizare puternică, dar ajută și la modernizarea combustibilului, promovând o modificare chimică ușoară reglabilă in situ a componentelor combustibilului
Figura 4: Conținutul de sulf pentru amestecul de combustibili studiat
- contaminanți metalici (Cat Fines): Figura 5 arată că dispersia fizică îmbunătățită și transformările chimice parțiale induse de cavitare pot explica reducerea observată a Cat Fines - particule microscopice de catalizator uzat, compuse în principal din oxizi de siliciu și aluminiu, prezente în mod obișnuit în combustibilii reziduali, cum ar fi păcura grea (HFO). S-a observat o scădere de până la 33% între combustibilii amestecați manual și cei amestecați prin cavitare și de până la 50% între HFO netratat și HFO care conține 10% biodiesel și 5% glicerină după tratamentul prin cavitare. Această reducere sugerează că cavitarea promovează o dispersie mai fină și, posibil, modificarea parțială a suprafeței sau fragmentarea acestor reziduuri de catalizator, ceea ce duce la o mai bună omogenitate a combustibilului și, potențial, la riscuri mai reduse de uzură abrazivă în sistemele de manipulare a combustibilului.
Figura 5: Conținutul de vanadiu, siliciu și aluminiu pentru amestecurile de combustibili studiate
- Puterea calorifică: Deoarece valoarea calorifică a HFO este mai mare decât cea a biodieselului și glicerinei, adăugarea de biodiesel și glicerină duce la o scădere a valorii calorifice nete. Creșterea parțială a reactivității combustibilului prin tratarea prin cavitare ar putea explica scăderea suplimentară de aproximativ 0,2% observată între combustibilii amestecați manual și cei amestecați prin cavitare, după cum se arată în figura 6. Această ușoară scădere este compensată în practică prin îmbunătățirea eficienței arderii, o ardere mai curată și un comportament mai stabil al aprinderii - toate acestea fiind benefice pentru performanța motoarelor marine și controlul emisiilor.
Figura 6: Puterea calorifică netă studiată Combustibili în amestec
- Punctul de aprindere: În mod similar, deoarece punctul de aprindere al HFO este considerabil mai scăzut decât cel al biomotorinei, adăugarea de biomotorină crește punctul de aprindere al amestecului. Cu toate acestea, omogenizarea intensă obținută prin tratamentul de cavitare duce la o scădere semnificativă de aproximativ 20% a punctului de aprindere în comparație cu combustibilul amestecat manual, după cum se arată în figura 7. Această reducere reflectă o distribuție mai uniformă a fracțiunilor ușoare în cadrul amestecului, ceea ce poate facilita manipularea și vaporizarea combustibilului în timpul pornirii motorului, fără a compromite marjele de siguranță în operațiunile de aprovizionare cu combustibil.
Figura 7: Punctul de aprindere pentru amestecul studied Fuels
- Punctul de curgere: De asemenea, deoarece punctul de curgere al HFO este semnificativ mai mare decât cel al biomotorinei, adăugarea de biomotorină scade punctul de curgere, îmbunătățind proprietățile de curgere la temperaturi scăzute și reducând cerințele de preîncălzire în timpul transferului și injecției. Nu se observă nicio influență notabilă a tratamentului de cavitare asupra punctului de curgere în comparație cu combustibilul amestecat manual (figura 8), ceea ce indică faptul că cavitarea afectează în primul rând microstructura și reactivitatea, mai degrabă decât tranzițiile de fază în masă.
Figura 8: Punctul de curgere pentru amestecul de combustibili studiat
3.3 Sedimente, cenușă și reziduuri de carbon
- Sedimentare: Reducerea sedimentelor totale existente (TSE) cu aproximativ 33% observată la amestecarea HFO cu biomotorină (figura 9) este atribuită în principal naturii amfifile a biomotorinei, care stabilizează asfaltenele prin interacțiuni polare și îmbunătățește omogenitatea și vâscozitatea combustibilului, prevenind astfel agregarea și sedimentarea. O reducere suplimentară de aproximativ 33% a TSE este obținută prin omogenizarea pe bază de cavitare a amestecului HFO-biodiesel în comparație cu amestecul manual.
Figura 9: Sedimente totale existente (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat
- Scăderea semnificativă a potențialului sedimentar total (TSP) cu aproximativ 60% observată la amestecarea HFO cu biomotorină (figura 10) este, de asemenea, atribuită în principal naturii amfifile a biomotorinei, care stabilizează asfaltenele prin interacțiuni polare și îmbunătățește uniformitatea combustibilului și proprietățile de curgere, minimizând astfel agregarea și formarea sedimentelor. O reducere suplimentară de aproximativ 25% a TSP este obținută prin omogenizarea pe bază de cavitare a amestecului HFO-biodiesel comparativ cu amestecarea manuală.
Figura 10: Potențial total de sedimente (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat
Această îmbunătățire substanțială indică o stabilitate mult mai mare a combustibilului și un risc mult mai scăzut de formare a nămolului în timpul depozitării și funcționării motorului. Știind că formarea nămolului în timpul aprovizionării navelor cu combustibil rămâne o provocare operațională și de reglementare persistentă, cu consecințe economice substanțiale.
De fapt, rata de formare a nămolului depinde de diverși factori, inclusiv compoziția combustibilului, condițiile de depozitare și practicile de manipulare. Experiența operațională și orientările OMI indică faptul că generarea de nămol în timpul purificării și depozitării combustibilului variază de obicei între 1-3% din volumul de HFO consumat, deși aceasta se referă la reziduurile separatorului/bunkerului și nu ar trebui să fie echivalată direct cu specificația ISO 8217 privind sedimentele.
Pentru o navă care stochează 1.000 de tone de HFO 380:
| Scenariu | Masa nămolului (t) | Volumul melcului m³ | Pierderea costului combustibilului @ 500 $/t |
|---|---|---|---|
| Scăzut estimat (1% în volum) | 9.5 | ≈ 10 | 4.750 |
| Înaltă estimată (3% în volum) | 28.5 | ≈ 30 | 14.250 |
Tabelul 2. Impactul economic al formării nămolului din HFO380
Pentru o navă care consumă anual 20 000 t de HFO, aceasta corespunde unei economii de combustibil de aproximativ 20-200 t pe an, sau aproximativ 10 000-100 000 USD anual (pe baza unui preț de referință de 500 USD/t). Un preț mai ridicat al combustibilului sau un consum mai mare ar crește proporțional aceste economii.
Trebuie remarcat faptul că aceste estimări iau în considerare doar pierderea directă a valorii combustibilului. În practică, costurile de gestionare a nămolului sunt adesea mai mari din cauza eliminării obligatorii în conformitate cu anexa I la MARPOL, a taxelor de primire în port și a cerințelor de manipulare a nămolului, care pot depăși semnificativ costul simplu al combustibilului pierdut.
Prin combinarea gestionării sistematice a combustibilului cu omogenizarea avansată bazată pe cavitare, operatorii pot:
- Menținerea stabilității combustibilului pe termen lung
- Reducerea costurilor de întreținere, a timpilor morți și a costurilor de eliminare
- Îmbunătățirea utilizării combustibilului, a fiabilității motorului și a siguranței operaționale
- Să asigure conformitatea cu anexa I la MARPOL, reducând în același timp riscurile de mediu
- Cenușă și reziduuri de carbon: Deoarece biomotorina nu conține cenușă, figura 11 arată scăderea preconizată a conținutului de cenușă atunci când este amestecată cu HFO pur. Cavitația sporește și mai mult acest efect prin promovarea unei dispersii mai fine și a fragmentării parțiale a suprafeței particulelor de cenușă, ceea ce duce la o reducere suplimentară de aproximativ 4% în amestecul HFO-biodiesel. Conținutul mai mic de cenușă contribuie la o depozitare și manipulare mai curate, reduce murdărirea conductelor și rezervoarelor în timpul aprovizionării cu combustibil și favorizează o ardere mai eficientă cu o formare mai redusă de particule în motoare.
Figura 11: Conținutul de cenușă (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat.
Scăderea reziduurilor de carbon de la HFO pur la HFO-20% biomotorină, ilustrată în figura 12, se datorează în primul rând înlocuirii hidrocarburilor aromatice grele cu esteri oxigenați de acid gras mai ușori ai biomotorinei. Reducerea suplimentară observată pentru amestecul HFO-10%biodiesel-5% glicerină provine din compoziția bogată în oxigen a glicerinei, care favorizează o descompunere termică mai completă și limitează formarea reziduurilor refractare. O ușoară creștere de aproximativ 3% a reziduurilor de carbon în cazul tratării prin cavitare a biomotorinei HFO-20% este atribuită activării sporite a descompunerii termice indusă de agitația intensă generată în timpul cavitării, comparativ cu amestecul manual. Aceste modificări îmbunătățesc eficiența arderii, reduc funinginea și depunerile în motoare și facilitează manipularea mai lină a combustibilului în timpul operațiunilor de buncăr și depozitare.
Figura 12: Reziduuri de carbon (% masă) pentru amestecul de combustibili studiat.
3.4 Arderea și performanța motorului
Amestecurile HFO-FAME produse prin cavitare au fost testate și evaluate în ceea ce privește performanța într-un motor diesel marin în patru timpi, în comparație cu amestecurile HFO-FAME produse în mod convențional (grosier). Investigațiile au fost efectuate pe un banc de testare cu motor complet furnizat de FVTR GmbH, bazat pe un motor Caterpillar MaK 6M20. Următoarele puncte sintetizează principalele rezultate ale testului:
- Vâscozitate și preîncălzire: Reducerea temperaturii de injecție (>6 K) a redus cererea de energie pentru preîncălzire
- Timpul de combustie: Începutul și sfârșitul arderii ușor mai devreme, durata ușor mai scurtă, ceea ce duce la economii minore de combustibil (~1%) și la o ușoară creștere a NOx datorită conținutului de oxigen
- Emisii: CO, CO₂, HC, O₂ și FSN au rămas similare cu cele ale combustibilului amestecat manual; nu au fost observate probleme operaționale.Amestecul HFO-FAME tratat prin cavitare demonstrează avantaje practice clare în funcționarea motoarelor marine. Vâscozitatea sa redusă reduce necesarul de energie pentru preîncălzire, facilitează injecția și contribuie la ușoare beneficii în ceea ce privește consumul de combustibil. Combustia rămâne stabilă și fiabilă, emisiile fiind în mare măsură comparabile cu cele ale amestecurilor convenționale, cu excepția creșterii minore preconizate a NOx datorate conținutului mai mare de oxigen. Aceste rezultate indică faptul că amestecul bazat pe cavitație nu numai că îmbunătățește caracteristicile reologice și de combustie ale combustibililor HFO-FAME, dar și că contribuie la un buncăr mai sigur, mai eficient și mai fiabil și la performanța motorului în aplicații marine practice
3.5 Rezumatul îmbunătățirilor aduse combustibilului și combustiei - "Câștiguri de performanță CaviFlow®"
În acest stadiu, efectele globale ale tratamentului prin cavitație RAPTECH asupra proprietăților combustibilului, performanței combustiei și eficienței operaționale pot fi rezumate după cum urmează. Datele confirmă avantajele fizice, chimice și economice măsurabile ale combustibililor tratați prin cavitare în comparație cu cei amestecați în mod convențional.
| Parameter | Îmbunătățire | Efectul |
|---|---|---|
| Vâscozitate @ 50 °C | ↓ ≈ 13 % | Pompare mai ușoară, cerere redusă de energie pentru preîncălzire |
| Consumul specific de păcură (SFOC) | ↓ ≈ 1 % | Eficiență sporită a arderii, economie ușoară de combustibil |
| Formarea nămolului (1-3 % v/v tipic) | ↓ ≈ 99 % (practic eliminat) | Filtre mai curate, fără supraîncărcarea separatorului, funcționare stabilă și continuă |
| Eficiența globală combustibil-putere | ↑ ≈ 4 % (economie de combustibil) | Echivalent cu ≈ 1,2 t/zi pentru un petrolier de 50.000 DWT |
| Funcționarea motorului | Ardere stabilă cu creștere minimă a NOₓ | Performanță fiabilă și constantă |
| Impactul asupra mediului | Conținut redus de sedimente, cenușă și sulf | Ardere mai curată, conformitate mai ușoară cu standardele IMO/MARPOL |
Tabelul 3. Principalele câștiguri de performanță cu tratamentul prin cavitare CaviFlow®
| Zona de economisire | Impact anual (€) | Temei / Explicație |
|---|---|---|
| Eficiența combustibilului (~4 %) | € 200 000 - 250 000 | 4 % din costurile combustibilului |
| EU ETS / Economisirea de CO₂ | € 108 000 - 110 000 | 1,548 t × 70 € (estimat) / t CO₂ |
| Conformitate și Carta Premium | € 50 000 - 200 000 | Tarife charter mai bune |
| Eficiență operațională și întreținere | € 20 000 - 40 000 | Ardere mai curată → mai puțină uzură a motorului |
| Purificator/încălzitor cu economisire de energie | € 5 000 - 10 000 | Vâscozitate redusă → sarcină redusă |
| Economii potențiale totale | ≈ € 380 000 - 600 000 pe navă / an | Excluzând variațiile prețului combustibilului |
Tabelul 4. Impactul economic anual estimat al optimizării combustibilului pe bază de cavitare
Presupunând scenariul unui petrolier cu 50 000 DWT care funcționează cu o componentă FAME de aproximativ 20 %, există o reducere a factorului net de emisii de CO₂ de la 3,114 t CO₂ / t combustibil pentru HFO pur la 2,856 t CO₂ / t combustibil, luând în considerare beneficiile de eficiență ale tehnologiei de cavitare RAPTECH. Acest lucru corespunde unei economii globale de CO₂ de aproximativ 1,548 t pe an, ceea ce îmbunătățește efectiv ratingul CII al navei de la C la B. Impactul economic și de mediu estimat al acestor îmbunătățiri este rezumat în tabelul 4, subliniind avantajele combinate în ceea ce privește eficiența energetică, reducerea emisiilor și economiile de costuri operaționale.
Aceste îmbunătățiri consolidate confirmă faptul că tratamentul prin cavitare îmbunătățește în mod eficient performanța generală a combustibililor marini amestecați - îmbunătățind eficiența energetică, fiabilitatea operațională și conformitatea cu mediul.
4. Concluzii
Omogenizarea asistată de cavitație demonstrează un potențial clar de îmbunătățire a proprietăților fizice și chimice ale combustibililor amestecați - în acest studiu, amestecuri de HFO, biodiesel și glicerină.
Principalele beneficii observate includ:
- Ameliorarea amestecului și a uniformității, inclusiv dispersarea eficientă a nămolului și a apei reziduale, ceea ce duce la reducerea vâscozității și la manipularea mai ușoară a combustibilului
- Activare chimică parțială (reglabilă) in situ, care conduce la reduceri măsurabile ale contaminanților cu sulf, cenușă și metale, precum și la o formare mai redusă a sedimentelor
- Comportament stabil al arderii cu ușoare economii de combustibil (~1%) și doar creșteri minore ale NOₓ datorită conținutului mai mare de oxigen
- Cerințe operaționale și de întreținere reduse, inclusiv energia de preîncălzire și gestionarea nămolului
Aceste constatări demonstrează că omogenizarea prin cavitare poate servi ca un proces scalabil, eficient din punct de vedere energetic și compatibil cu mediul pentru îmbunătățirea și stabilizarea amestecurilor de combustibili marini. Continuarea cercetărilor privind mecanismele de modificare chimică indusă de cavitare și performanțele motorului pe termen lung vor sprijini în continuare integrarea acestuia în sistemele durabile de alimentare cu combustibil și de tratare a combustibilului.
Autori: Dr. Ahmad Saylam Dr. Ahmad Saylam | Rohit Surya Narayan | Oleg Verechshagin | Nishith Reddy Cherukuru | RAPTECH Eberswalde GmbH
Bibliografie
1. Organizația Maritimă Internațională (OMI). IMO 2020Sulfur Cap Regulation. IMO, Londra, 2020.
2. ISO 8217:2017. Specifications of Marine Fuels. Organizația Internațională de Standardizare, Geneva, 2017.
3. EN 14214. Esteri metilici ai acizilor grași (FAME) pentru combustibilul biodiesel - Cerințe și metode de testare. European Committee forStandardization, Bruxelles, 2012.
4. Raptech GmbH. CaviFlow® Cavitation BlendingTechnology: Broșură tehnică. Raptech, 2024.
5. FVTR GmbH. Raport complet de testare a motorului - CaterpillarMaK 6M20, amestecuri HFO-Biodiesel-Glicerină. FVTR, 2025.
6. K. Kiran et al., Fuel Stabilization and EmissionReduction in Marine Applications Using Biodiesel Blends, Energy Fuels,2020, 34, 987-998.
