迈向可持续性：将船舶废油污泥作为柴油的替代品

《Results in Engineering》：Sailing Towards Sustainability: Waste Ship Oil Sludge as Diesel Alternative

船舶废油渣热解产物的柴油混合燃料性能及减排潜力研究。废船油渣经550℃和600℃热解生成F1和F2燃料，其理化性质与柴油相当。通过10%-100%比例与柴油 blending，发现F1-B30燃料在压缩比17.5:1的柴油机中性能最优，BTE达柴油水平，烟尘排放降低60%，NOx减排30%，但高比例（>50%）时因粘度升高导致BTE下降15%-20%。研究证实未改装柴油机可兼容WSOS热解燃料，为航运业提供零废弃处理方案，支持SDG7、SDG12和SDG13目标。

　　在全球能源需求持续增长的背景下，探索可持续的能源解决方案成为当前研究的重要方向。船舶运输作为全球货运的重要组成部分，其运营过程中产生的废弃物如废船用油污泥（WSOS）长期以来被视为环境威胁。WSOS因其高碳含量、高硫含量以及潜在的毒性，被美国环境保护署（USEPA）列为有害物质。目前，由于缺乏相关的处理标准，WSOS常被非法倾倒至海洋，对海洋生态系统造成严重影响，如形成覆盖层导致海洋生物灭绝等。因此，如何有效处理WSOS并将其转化为可再生能源，成为亟需解决的问题。

在这一背景下，研究团队探索了通过热解技术将WSOS转化为可持续液体燃料的可行性。热解是一种将有机废弃物在无氧或低氧条件下高温分解的过程，能够生成液体燃料（pyro-oil）、气体和固体炭。通过热解，WSOS中的长链碳氢化合物得以分解，形成类似于柴油的燃料。研究团队选择了两种热解温度：550°C（命名为F1）和600°C（命名为F2），并分析了这些燃料与柴油混合后的性能表现。

研究结果显示，F1和F2燃料的热值接近柴油，分别为37.330 MJ/L和38.456 MJ/L，但它们的运动粘度显著高于柴油，分别为9.11 mm2/s和12.63 mm2/s。这一特性使得F1和F2燃料不能直接作为柴油使用，必须通过与柴油混合以改善其性能。实验中，WSOS热解油与柴油混合的比例为10%、20%、30%、50%和100%，分别命名为B10、B20、B30、B50和B100。研究发现，F1 B100燃料在发动机运行过程中表现出最高的气缸压力（66.73 bar）和最大热释放（34.05 J °CA?1），但在制动热效率方面，F1 B100比柴油低15%。同时，F1 B100的燃油消耗比柴油高出20%。尽管如此，F1 B100燃料在排放方面优于商业柴油，特别是在氮氧化物（NO?）和二氧化碳（CO?）排放上，显示出显著的减排潜力。

在燃烧参数方面，F1和F2燃料的燃烧行为在低负载下与柴油相似，但在高负载下表现出一定的延迟。这种延迟可能是由于热解油的高粘度和较低的挥发性导致的。尽管如此，F1和F2燃料在高负载下仍能维持相对稳定的燃烧过程。燃烧时间的延长也表明了燃烧过程的持续性，这在一定程度上可能影响发动机的性能。此外，研究还发现，随着WSOS燃料比例的增加，发动机的热效率逐渐下降，而燃油消耗率则相应上升。这些变化反映了燃料特性的差异对发动机运行的影响。

在排放特性方面，WSOS热解油在混合比例低于30%时表现出较低的氮氧化物和二氧化碳排放，这与燃烧温度的降低和燃料中氮含量的减少有关。然而，当混合比例超过30%时，一氧化碳（CO）和未燃烧的碳氢化合物（HC）排放增加，这可能与燃料中重质碳氢化合物的不完全氧化有关。此外，WSOS热解油的烟雾浓度较高，这表明在燃料混合过程中需要进一步的处理或添加过滤装置以减少颗粒物排放。

从可持续发展的角度来看，这项研究为WSOS的处理提供了新的思路。通过热解技术，WSOS被转化为一种具有潜在应用价值的可再生能源，不仅有助于减少化石燃料的依赖，还能降低整个生命周期的温室气体排放。这一过程符合联合国可持续发展目标（SDGs），特别是SDG 7（负担得起的清洁能源）、SDG 12（负责任的生产和消费）以及SDG 13（气候行动）。研究还强调了WSOS热解油在未修改的柴油发动机中的应用潜力，这为实现碳中和目标提供了可行的路径。

然而，研究也指出了该技术在实际应用中的一些局限性。首先，WSOS热解油的高粘度和芳香族化合物含量可能影响其长期储存稳定性和排放特性。因此，进一步的升级处理（如加氢处理或分馏）可能是必要的。其次，WSOS的处理和储存需要严格的安全措施，以防止其毒性特征带来的危害。此外，热解过程的规模化应用仍需进一步的技术优化和成本效益分析，以确保其在工业上的可行性。

为了克服上述挑战，未来的研究可以集中在以下几个方面：一是开发催化热解技术，以提高燃料的质量和稳定性；二是进行生命周期和经济性评估，以验证该技术在大规模应用中的可行性；三是探索在发动机运行过程中集成排放控制技术，以减少颗粒物和有害气体的排放。通过这些措施，WSOS热解油有望成为一种可持续的替代能源，为航运业的低碳转型提供支持。

综上所述，本研究通过热解技术将WSOS转化为可再生能源，并评估了其在柴油发动机中的应用效果。结果表明，WSOS热解油在适当的混合比例下可以表现出与柴油相似的性能，同时减少温室气体排放。尽管存在一些技术挑战，但该研究为WSOS的资源化利用提供了新的方向，有助于推动可持续能源的发展和实现环境友好型的航运运营。