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为什么对生物燃料的能量含量（净燃烧热）进行准确测试至关重要？

发布于2025年1月8日

引言

生物海洋燃料被广泛用作即用燃料，以满足航运业目前的排放要求。ISO 8217:2024标准允许生物海洋燃料含有高达100%的脂肪酸甲酯（FAME）。FAME的主要生产路线是使用碱性催化剂，将植物油、动物脂肪或废弃食用油与甲醇进行酯交换反应。ISO 8214:2024版本增加了额外的测试参数，用于测量生物海洋燃料中的FAME含量、能量含量和氧化稳定性。

净比能（NSE）与燃料消耗相关

在本新闻简报文章中，我们将探讨为什么能量含量是生物燃料最重要的测试参数或特性之一。准确测量生物燃料的能量含量对于船上高效的燃料管理至关重要，具体涉及：

1. 燃料消耗
2. 航次规划
3. 运营成本
4. 机械或设备性能
5. 排放与环境影响

为什么能量含量是生物燃料必不可少的测试参数

含FAME的海洋燃料通常比传统海洋燃料的能量含量低。
燃料的热值是指燃料在标准条件下与氧气完全燃烧时释放的总能量。该化学反应通常是烃与氧气反应，生成二氧化碳、水和热量，如以下方程所示：
烃 + 氧气 → 二氧化碳 + 水 + 释放的热量
传统上，海洋燃料（主要由石油来源的烃组成）的净比能是使用ISO 8217附件（ISO 8217:2024附件J）中规定的公式计算的，且准确度可接受。对于含FAME的海洋燃料，无法使用ISO 8217:2024附件J中规定的公式计算净比能，而应使用ASTM D240方法进行测量。FAME分子中含有羰基和酯键，如图1所示，并非仅由碳和氢原子组成。

图1：羧酸的酯

烃的潜在能量密度由可被氧替代为碳-氧（CO2）和氢-氧键（H2O）的碳-氢键数量决定，换言之，释放的能量量取决于烃中碳的氧化态。对于含FAME的海洋燃料，FAME分子本身在羰基和酯键中含有氧原子。FAME的酯基具有一个碳原子与三个氧原子形成键，这意味着酯类比烃类更氧化，因此酯类释放的能量含量较低，因为烃类需要更高的氧化反应。

上述段落解释了含FAME的海洋燃料通常比主要由烃组成的传统海洋燃料能量含量低的原因，以及计算净比能的公式不适用于含FAME的海洋燃料。

根据ASTM D240测试方法，燃烧热是在氧弹量热计中，在受控条件下燃烧称重样品来确定的。燃烧热是根据燃烧前、燃烧中和燃烧后的温度观察结果计算得出的，同时考虑了热化学和热传递修正。表1列出了船用轻柴油（MGO）、极低硫燃料油（VLSFO）、高硫燃料油（HSFO）和生物燃料的平均总比能（总燃烧热）和平均净比能（净燃烧热）：

注：每种燃料类型的平均总比能和平均净比能均基于至少50个样本得出。

根据表1，B30生物燃料的能量含量比船用轻柴油低8%。生物燃料的FAME含量越高，其能量含量越低。

含FAME的海洋燃料的能量含量应采用ASTM D240方法确定，不能使用当前常用于传统海洋燃料的净比能公式计算。

图2、3、4和5分别显示了通过ASTM D240测量和通过ISO 8217附件中规定的公式计算得出的生物残余海洋燃料B24和B30的净比能（或净燃烧热）和总比能（或总燃烧热）的差异，这些差异分别列于表2和表3中。

B24和B30生物燃料的净比能（NSE）/总比能（GSE）的ASTM D240与ISO 8217测试结果图形比较

表2和图2显示，使用ISO 8217:2024附件J中的公式计算得出的B24的净比能大约比使用ASTM D240测量得出的净比能高3.5%，这再次证明了计算得出的生物燃料净比能不准确，且该公式不适用于生物燃料。ISO 8217:2024的第6.18条规定，含FAME的海洋燃料的净比能（或净燃烧热）应使用ASTM D240方法测量。

进一步了解含FAME的海洋燃料因能量含量较低而导致燃料消耗率较高的情况

场景：
一艘船在欧洲航程（从最后一个港口到欧洲，以及欧洲之后的第一个港口之间，以及在欧洲内部）中全年使用5,612公吨的极低硫燃料油。

如果使用生物燃料的情况下的计算：
如果该船决定在欧洲航程中使用B24等级的生物燃料，并保持与5,612公吨极低硫燃料油相同的功率消耗，那么由于24%的生物燃料相当于极低硫燃料油21.6%的能量（如果生物燃料的能量含量比极低硫燃料油低10%），她将需要装载5,612 * 1.024（24%生物燃料的10%）= 5,747公吨的燃料。

结论与CTI-Maritec建议

根据所分享的数据证据，显然表明生物燃料的能量含量低于传统船用燃油，这将导致燃料消耗率更高。此外，目前用于计算传统海洋燃料净比能的公式不适用于生物燃料。

为了船上高效的生物燃料管理，以及准确测量生物燃料的能量含量，CTI-Maritec强烈建议提前确定所有生物燃料的能量含量，并且在使用生物燃料上船之前，应使用ASTM D240方法测量其净比能（或净燃烧热）。

Conclusion & Maritec-NAIAS Recommendation

专门针对替代/生物燃料，CTI-Maritec提供最新的ASTM D240测试以及进阶性分析选项/套餐，同时也提供满足标准的法规测试要求。

详情访问网站： https://www.maritec.com.sg/services/Fuel_Testing&Solution 或电邮至 [email protected]