Επίπτωση προσθήκης ανανεώσιμων υποκατάστατων στην σταθερότητα ναυτιλιακών καυσίμων - Τσίτσιος, Ιωάννης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών, 2017)
Μολονότι η συμμετοχή των θαλάσσιων μεταφορών στις συνολικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου είναι σχετικά μικρή, η προσδοκώμενη παγκόσμια ανάπτυξη αναμένεται να συμβάλλει στην αύξηση των συνολικών εκπομπών από τον τομέα της ναυτιλίας λόγω του κομβικού της ρόλου, στο παγκόσμιο σύστημα μεταφορών. Συνεπώς διάφορες πολιτικές έχουν τεθεί σε εφαρμογή, με στόχο την ανάσχεση της αυξητικής αυτής τάσης, θέτοντας αυστηρούς περιορισμούς όσον αφορά τις εκπομπές. Η αναβάθμιση των υφιστάμενων και η εισαγωγή νέας γενιάς ναυτιλιακών καυσίμων, μπορεί να συμβάλλει καθοριστικά στην αντιμετώπιση του προβλήματος. Προς αυτήν την κατεύθυνση, η τελευταία έκδοση του προτύπου ISO 8217:2017 αναφέρεται στην προσθήκη βιοκαυσίμων, όπως τα FAME και HVO, στα αποσταγματικά ναυτιλιακά καύσιμα και θέτει νέες προδιαγραφές για τα κλάσματα που θα περιέχουν FAME έως 7% κ.ό. (DFA, DFZ, DFB). Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η επίδραση των βιοκαυσίμων στις ιδιότητες και στη σταθερότητα των ναυτιλιακών αποσταγμάτων προκαλεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον και αποτελεί και τον στόχο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Για το σκοπό αυτό, στο πρώτο μέρος της εργασίας εξετάστηκε η επίδραση τεσσάρων διαφορετικών ειδών FAME και δύο εναλλακτικών καύσιμων, του HVO και του GTL, στις ιδιότητες ενός ναυτιλιακού gasoil έπειτα από την προσθήκη αυτών στο ανώτατο επιτρεπόμενο όριο που ορίζει το ISO 8217:2017 για τα FAME, ήτοι το 7% κ.ό. Έμφαση δόθηκε στην αξιολόγηση της οξειδωτικής σταθερότητας η οποία πραγματοποιήθηκε με δύο διαφορετικές μεθόδους, αφενός μεν με τη μέθοδο Rancimat στην αντίστοιχη συσκευή και αφετέρου δε με τη μέθοδο RSSOT (Rapid Small Scale Oxidation Test) στη συσκευή PetroOxy. Παρατηρήθηκε ότι η προσθήκη του FAME έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση των οξειδωτικών χαρακτηριστικών του καυσίμου βάσης, με τη σύσταση του βιοντήζελ να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στο συγκριτικό βαθμό επίδρασης. Αντιθέτως η προσθήκη των εναλλακτικών καύσιμών HVO και GTL αναβάθμισε την οξειδωτική σταθερότητα του συμβατικού ναυτιλιακού καυσίμου. Στο δεύτερο μέρος, εξετάστηκε η σταθερότητα – μικροβιακή και οξειδωτική - δύο αντιπροσωπευτικών ναυτιλιακών αποσταγμάτων αφού αναμίχθηκαν με δύο εμπορικά διαθέσιμα βιοντήζελ, καθώς και με HVO και GTL, σε συγκέντρωση 7% κ.ό. Η μικροβιακή δραστηριότητα παρακολουθήθηκε τόσο στην φάση καυσίμου όσο και στην υδατική φάση, με τη δημιουργία επιμολυσμένων μικρόκοσμων οι οποίοι αποθηκεύτηκαν για χρονική περίοδο 5 εβδομάδων. Επίσης αξιολογήθηκε η οξειδωτική σταθερότητα όλως των μικρόκοσμων στο τέλος της περιόδου αποθήκευσης έτσι ώστε να προσδιοριστούν τυχόν διαφορές εξαιτίας της μικροβιακής ανάπτυξης και της αποθήκευσης. Για τον έλεγχο της μικροβιακής ανάπτυξης χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος βιοφωταύγειας της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Η παρουσία FAME οδήγησε σε σημαντική αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας σε σύγκριση με το αμιγές συμβατικό ναυτιλιακό καύσιμο, ενώ στα μείγματα με HVO και GTL η ανάπτυξη των μικροοργανισμών ήταν πιο περιορισμένη, και συνεπώς τα καύσιμα αυτά χαρακτηρίζονται ως, συγκριτικά, λιγότερο ευνοϊκά υποστρώματα. Η οξειδωτική σταθερότητα φάνηκε να μην επηρεάζεται ουσιαστικά από τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών μέσα στα χρονικά πλαίσια του πειράματος. Τέλος, εξετάστηκε η προ-οξειδωτική δράση διαφόρων μετάλλων στα μίγματα που παρασκευάστηκαν με βάση ένα από τα καθαρά ναυτιλιακά καύσιμα βάσης. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν ο χαλκός και ο ανθρακούχος χάλυβας καθώς τα παραπάνω συνιστούν αντιπροσωπευτικά υλικά που χρησιμοποιούνται αυτούσια ή σε κράματα, στην κατασκευή διαφόρων τμημάτων τόσο του συστήματος αποθήκευσης και διανομής όσο και του επιμέρους μηχανολογικού εξοπλισμού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η παρουσία των μετάλλων επιτάχυνε την οξειδωτική διαδικασία σε όλα τα δείγματα με τον χαλκό να είναι πιο δραστικό προ-οξειδωτικό μέσο. Στα καύσιμα που περιείχαν FAME η καταλυτική δράση των μετάλλων ήταν υψηλότερη σε σχέση με τα υπόλοιπα μείγματα.