Alternative Fuels for Internal Combustion Engines : theoretical foundations and calculative insights

Abstract

This thesis is being commissioned on behalf of Nautor Swan, a shipyard specializing in top of the range sailing yachts. The company has an interest in expanding its knowledge of sustainable solutions across all aspects of yachting from start to finish including the internal combustion engine and the fuels used.

The thesis is a literature study focusing on properties, availability, performance, emissions, and applications for alternative fuel sources including HVO, biodiesel, biogas, CNG, hydrogen, ammonia, and methane.

In combination with this theory, calculations were also performed highlighting the carbon dioxide emissions of each fuel based on its chemical properties as well as a comparison between HVO and diesel in a marine CI engine simulating what the real-world consequences of such an application would have on carbon dioxide emissions and engine efficiency.

The conclusion of this thesis discusses the current landscape of alternative fuels today and what the future may hold based on insights from the findings made in the thesis.

Detta examensarbete har utförts på uppdrag av Nautor Swan, ett varv som specialiserar sig på segelbåtar i toppklass. Företaget har ett intresse av att utöka sin kunskap om hållbara lösningar inom alla aspekter av segling från början till slut, inklusive förbränningsmotorn och de bränslen som används.

Arbetet utgör en litteraturstudie som behandlar egenskaper, tillgänglighet, prestanda, utsläpp och tillämpningar för alternativa bränslekällor, inklusive HVO, biodiesel, biogas, CNG, väte, ammoniak och metan.

I kombination med denna teori utfördes också beräkningar som belyste koldioxidutsläpp från varje bränsle baserat på dess kemiska egenskaper. Det gjordes också en jämförelse mellan HVO och diesel i en marin CI-motor som simulerar vad de verkliga konsekvenserna av en sådan tillämpning skulle ha på koldioxidutsläpp och motorns effektivitet.

Slutsatsen av detta examensarbete diskuterar det nuvarande landskapet för alternativa bränslen idag och vad framtiden kan innebära baserat på insikterna utgående från resultaten.

Tämä opinnäytetyö tehtiin huippuluokan purjeveneisiin erikoistuneen telakan Nautor Swanin puolesta. Yritys on kiinnostunut laajentamaan tietämystään kestävistä ratkaisuista kaikissa purjehduksen osa-alueissa alusta loppuun, mukaan lukien polttomoottori ja käytetyt polttoaineet.

Opinnäytetyö on kirjallisuustutkimus koskien vaihtoehtoisten polttoainelähteiden, kuten HVO:n, biodieselin, biokaasun, maakaasun, CNG:n, vedyn, ammoniakin ja metaanin ominaisuuksia, saatavuutta, kykyä, päästöjä ja soveltamista.

Teorian yhteydessä tehtiin myös laskelmia, joissa korostettiin kunkin polttoaineen hiilidioksidipäästöjä sen kemiallisten ominaisuuksien perusteella, sekä vertailua HVO:n ja dieselin välillä merenkulun CI-moottorissa simuloimalla, mitä seurauksia tällaisella käytöllä olisi hiilidioksidipäästöihin ja moottorin hyötysuhteeseen todellisuudessa.

Työn lopussa käsitellään vaihtoehtoisten polttoaineiden nykytilannetta ja sitä, mitä tulevaisuus voi tuoda tullessaan työssä tehtyjen havaintojen perusteella.