Polttoainekontaminaation vaikutukset valikoiduille metalliseoksille
Kaivosoja, Jonna Marika (2023)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231019140609
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231019140609
Tiivistelmä
Polttoaineen kontaminoituminen voi aiheuttaa moottorin osien kulumista ja tämän myötä estää moottorin oikeanlaisen ja turvallisen käytön. Biodiesel ja sen seokset voivat liuottaa moottorin osista metalleja, jotka aiheuttavat polttoaineen kontaminoitumisen. Etenkin kupari on herkkä biodieselin ja sen seosten aiheuttamalle korroosiolle. Toisaalta polttoaine voi olla kontaminoitunutta jo ennen tankkiin päätymistä. Vuonna 2022 uutisoitiin Singaporessa tapahtuneesta meriliikennepolttoaineen kontaminoitumisesta. Polttoaineen kontaminoitumisen olivat aiheuttaneet orgaaniset klooriyhdisteet, jotka moottorin polttoainepumpussa voivat muodostaa suolahappoa. Suolahappo voi aiheuttaa moottorin osien nopeaa syöpymistä. Tämän työn tavoitteena oli tutkia kontaminoituneen polttoaineen vaikutuksia dieselmoottorissa käytettävien valikoitujen metallien korroosioon. Lisäksi tavoitteena oli tarkastella kontaminoituneen polttoaineen fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia.
Työn ensimmäinen osa käsitteli kuparilla kontaminoituneen B20 biodiesel-dieselpolttoaineseoksen vaikutuksia hiiliteräkseen, ruostumattomaan teräkseen, nuorrutusteräkseen sekä polttoaineen ominaisuuksiin. Tutkittavat metallinäytteet upotettiin osittain eri kuparipitoisuuksin kontaminoituneisiin polttoaineisiin. Metallinäytteiden reagointia havainnoitiin visuaalisesti ja polttoaineseoksissa tapahtuvia ominaisuuksien muutoksia seurattiin. Polttoaineeseen lisätyllä kuparilla ei havaittu olevan vahvistavaa vaikutusta teräsnäytteiden korroosioon. Kuparipitoisuuden huomattiin kuitenkin nostavan B20-polttoaineseosten happolukuja.
Työn toinen osa käsitteli suolahapolla kontaminoituneen fossiilisen dieselpolttoaineen vaikutuksia valikoituihin teräslaatuihin sekä alumiiniin. Aluksi tutkittiin kontaminoituneiden polttoaineiden ominaisuuksia. Kontaminoituneisiin polttoaineisiin osittain upotettuja metallinäytteitä arvioitiin visuaalisesti ja osalle polttoaineseoksista mitattiin metallipitoisuudet. Kontaminaatiosta huolimatta polttoaineiden mitatut ominaisuudet täyttivät tieliikennepolttoaineelle asetetun standardin vaatimukset. Suolahappopitoisuuden kasvaessa kiehumisen alkupisteet alenivat. Pienillekin suolahappopitoisuuksille altistuneet metallit kärsivät näkyvistä syöpymisistä. Metallinäytteiden nestepinnan yläpuoleiset osiot syöpyivät suolahappoa sisältävillä polttoaineseoksilla. Korkeampi polttoaineen suolahappopitoisuus aiheutti suurempaa metallin korroosiota.
Molemmissa kokeissa huomattiin, että hiiliteräksestä liukenee kuparia tutkittuihin polttoaineisiin. Tämä havainto on merkittävä, sillä liuennut kupari aiheuttaa polttoaineen kontaminoitumisen ja voi heikentää polttoaineen laatua. Tutkimustulokset antavat uusia näkökulmia polttoainekontaminaation havaitsemiseen alentuneen kiehumisen alkupisteen sekä polttoaineessa tapahtuvan värimuutoksen perusteella. Materiaalientutkimusmenetelmää voitaisiin kehittää huomioimalla materiaalin käyttöympäristön lämpötila, pidentämällä koeajan kestoa laboratoriossa tai vaihtamalla polttoaine tuoreeseen erään upotuskokeen aikana.
Työn ensimmäinen osa käsitteli kuparilla kontaminoituneen B20 biodiesel-dieselpolttoaineseoksen vaikutuksia hiiliteräkseen, ruostumattomaan teräkseen, nuorrutusteräkseen sekä polttoaineen ominaisuuksiin. Tutkittavat metallinäytteet upotettiin osittain eri kuparipitoisuuksin kontaminoituneisiin polttoaineisiin. Metallinäytteiden reagointia havainnoitiin visuaalisesti ja polttoaineseoksissa tapahtuvia ominaisuuksien muutoksia seurattiin. Polttoaineeseen lisätyllä kuparilla ei havaittu olevan vahvistavaa vaikutusta teräsnäytteiden korroosioon. Kuparipitoisuuden huomattiin kuitenkin nostavan B20-polttoaineseosten happolukuja.
Työn toinen osa käsitteli suolahapolla kontaminoituneen fossiilisen dieselpolttoaineen vaikutuksia valikoituihin teräslaatuihin sekä alumiiniin. Aluksi tutkittiin kontaminoituneiden polttoaineiden ominaisuuksia. Kontaminoituneisiin polttoaineisiin osittain upotettuja metallinäytteitä arvioitiin visuaalisesti ja osalle polttoaineseoksista mitattiin metallipitoisuudet. Kontaminaatiosta huolimatta polttoaineiden mitatut ominaisuudet täyttivät tieliikennepolttoaineelle asetetun standardin vaatimukset. Suolahappopitoisuuden kasvaessa kiehumisen alkupisteet alenivat. Pienillekin suolahappopitoisuuksille altistuneet metallit kärsivät näkyvistä syöpymisistä. Metallinäytteiden nestepinnan yläpuoleiset osiot syöpyivät suolahappoa sisältävillä polttoaineseoksilla. Korkeampi polttoaineen suolahappopitoisuus aiheutti suurempaa metallin korroosiota.
Molemmissa kokeissa huomattiin, että hiiliteräksestä liukenee kuparia tutkittuihin polttoaineisiin. Tämä havainto on merkittävä, sillä liuennut kupari aiheuttaa polttoaineen kontaminoitumisen ja voi heikentää polttoaineen laatua. Tutkimustulokset antavat uusia näkökulmia polttoainekontaminaation havaitsemiseen alentuneen kiehumisen alkupisteen sekä polttoaineessa tapahtuvan värimuutoksen perusteella. Materiaalientutkimusmenetelmää voitaisiin kehittää huomioimalla materiaalin käyttöympäristön lämpötila, pidentämällä koeajan kestoa laboratoriossa tai vaihtamalla polttoaine tuoreeseen erään upotuskokeen aikana.