An alternative fuel assessment model for ships and experiments on the effect of methanol on diesel engines

Abstract

Günümüzde, hava kirliliği, küresel ısınma ve iklim değişikliği konuları öncelikli tartışma ve araştırma konularıdır. Paris'teki Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Konferansı'nda imzalanan, bağlayıcılığı olmayan, ülkeler arası anlaşmada belirtilen emisyon seviyeleri ile günümüzdeki emisyon miktarları karşılaştırıldığında, belirtilen seviyenin aşılmış olduğu görülmektedir. Küresel ısınma, atmosfere yayılan sera gazları ile beraber artmaktadır. Karbondioksit, yayılan bu sera gazlarının en önemli ve en fazla yayılan parçasıdır. Küresel ısınma, aşırı yağışlar, fırtınalar, buzulların erimesi, sel veya aşırı kuraklık gibi aşırı doğa olayları ile beraber iklim değişikliğine neden olmaktadır. Küresel ısınmayı yavaşlatmaya yönelik çalışmalar olmasına rağmen, dünyadaki enerji tüketimindeki artış bu çabayı etkisiz hale getirmektedir. İklim değişikliğinin yanında hava kirliliği ve hava kalitesinin bozulması da insan sağlığını ve ekim alanlarını etkileyen faktörlerdir. Azot oksit ve sülfür oksit emisyonları asit yağmurlarına sebep olmakta ve ekim alanlarını etkilemektedir. Karbon monoksit ve partikül madde emisyonları ise hava kalitesini bozmakta ve insan sağlığına zarar vermektedir. Siyah karbon emisyonları ise ekim alanlarını bozmakta ve verimsizleştirmektedir. Emisyon miktarlarının artışı dünyadaki enerji tüketimine doğrudan bağlıdır. Dünyadaki enerji tüketimi 2015 yılında 575 katrilyon Btu iken modellere göre 2030 yılında 663 katrilyon Btu ve 2040 yılında 736 katrilyon Btu olması tahmin edilmektedir. Enerjiyi tüketen çeşitli alanlar bulunmaktadır. Bunlar yapılar, ulaşım ve endüstri alanlarıdır. Yapılar, konutlar ve ticari binalardan oluşmaktadır. Endüstri alanı, üretim tesisleri, fabrikalar ve ağır sanayi bölgelerinden oluşmaktadır. Ulaşım alanı ise kara, demiryolu, hava ve deniz taşımacılığını içermektedir. Ulaşım sektörü, enerji tüketiminin önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. 2015 yılında yaklaşık 110 katrilyon Btu enerji tüketimi sadece ulaşım sektöründe gerçekleşmiştir ve 2040 yılında 140 katrilyon Btu enerji tüketimi olması beklenmektedir. Ayrıca ulaşım sektörü dünya emisyon miktarlarında da önemli bir paya sahiptir. Avrupa Enerji Ajansı'nın verilerine göre karbon monoksit emisyonlarının %18.84'ü kara taşımacılığından, %0.11'i demiryolu taşımacılığından, %0.99'u hava taşımacılığından ve %1.94'ü deniz taşımacılığından; azot oksit emisyonlarının %28.65'i kara taşımacılığından, %0.94'ü demiryolu taşımacılığından, %6.59'u hava taşımacılığından ve %20.98'i deniz taşımacılığından; sülfür oksit emisyonlarının %7.71'i kara taşımacılığından, %0.02'si demiryolu taşımacılığından, %0.9'u hava taşımacılığından ve %11.8'i deniz taşımacılığından; partikül madde tip (PM10) emisyonlarının %0.48'i kara taşımacılığından, %0.54'ü demiryolu taşımacılığından, %0.48'i hava taşımacılığından ve %4.63'ü deniz taşımacılığından; ve partikül madde tip (PM2.5) emisyonlarının %9.98'i kara taşımacılığından, %0.6'sı demiryolu taşımacılığından, %0.87'si hava taşımacılıktan ve %8.57'si deniz taşımacılığından oluşmaktadır. Deniz taşımacılığı, ulaşım alanının önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Dünya ticaretinin %90'ı, Avrupa Birliği'nin dış ticaretinin %90'ı ve iç ticaretinin %40'ı bu yolla yapılmaktadır. Deniz taşımacılığında 2012 yıllında 300 milyon ton yakıt harcanmış, 938 milyon ton karbondioksit, 19 milyon ton azot oksit, 10.2 milyon ton sülfür oksit, 1.4 milyon ton partikül ve 936 bin ton karbon monoksit emisyonu atmosfere verilmiştir. Deniz taşımacılığındaki dikkate alınması gereken bu emisyon miktarlarını azaltmak için, Uluslararası Denizcilik Örgütü çalışmalar yapmaktadır. Karbondioksit emisyonlarını azaltmaya yönelik, MARPOL Ek-VI altında Gemilerde Enerji Verimliliği Sözleşmesi yürürlüğe girmiş ve en son IMO Veri Toplama Sistemi 1 Mart 2018'de yürürlüğe girmiştir. Diğer yandan Avrupa Birliği ülkeleri tarafından MRV Regülasyon'u 1 Temmuz 2015 yılında yürürlüğe sokularak gemilerden kaynaklı karbondioksit emisyonlarının kayıt altına alınması ve azaltılmasına yönelik çalışmalar desteklenmektedir. Azot oksit emisyonlarını azaltmaya yönelik IMO NOX Kod ile beraber Emisyon Kontrol Alanları içi ve dışı olarak makine hızını bağlı olarak sınırlar belirlenmiş ve hem makine üreticilerinin bu sınırlara uygun makine üretmesi hem de gemilerde bu sınırlara uygun makinelerin kullanılması standart haline sokulmuştur. Sülfür oksit ve partikül madde emisyonları için gemilerde kullanılacak yakıtların içeriğine sülfür sınırı getirilmiş ve hem Emisyon Kontrol Alanları içi hem de dışı olmak üzere bu sınırlar belirlenmiş ve gemilerde standarda uygun yakıtların kullanımı amaçlanmıştır. Gün geçtikçe emisyon kuralları katılaşmaktadır. Bu kurallara uygunluk sağlanabilmesi için gemilerde, çeşitli emisyon azaltma teknolojileri ve metotları uygulanmaktadır. Bunlar, azot oksit emisyonlarını azaltmak için egzoz gazı resirkülasyon sistemi, seçici katalitik azaltma, silindir içine su verilmesi ve makine modifikasyonları iken sülfür oksit emisyonları için ise sülfür oksit filtreleme sistemi kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler hedefledikleri emisyon miktarlarını azaltsalar da diğer emisyonlara etkileri olmamakta diğer yandan makine verimini düşürdüklerinden karbondioksit emisyonlarında da artışı sebep olmaktadırlar. Bu yöntemlere ek olarak gemilerde alternatif yakıtların kullanılması, azot oksit, sülfür oksit, karbondioksit ve partikül madde emisyonlarını aynı anda düşürme potansiyeline sahiptir. Gemilerde kullanılabilecek alternatif yakıtlar, sıvılaştırılmış doğalgaz, sıvılaştırılmış petrol gazı, metanol, etanol, dimetil eter, biyodizel, biyogaz, sentetik yakıtlar, hidrojen, elektrik ve nükleer yakıt olarak sayılabilir. Bunlara ek olarak amonyak da son yıllarda alternatif yakıt olarak düşünülmektedir. Dünya üzerinde 116 adet sıvılaştırılmış doğalgaz kullanan gemi seyir yapmakta olup, 112 adet yeni sipariş verilmiş ve 93 adet de sıvılaştırılmış doğalgaz kullanmaya hazır gemi bulunmaktadır. 2 adet metanol kullanan gemi seyir yaparken, 6 adet kimyasal tanker siparişi verilmiştir. 12 adet sıvılaştırılmış petrol gazı kullanan gaz tankeri seyir yapmaktadır. 2 adet etan kullanan gemi seyir yaparken, 2 adet de sipariş verilmiştir. Ayrıca 2 adet hidrojen kullanan gemi de seyir yapmaktadır. Belirtilen gemi sayıları, deniz taşımacılığının alternatif yakıtlara yöneldiğini göstermektedir. Ancak bilindiği gibi gemilerdeki geleneksel yakıtlar, gemi güvenliği açısından, 60°C'nin üstünde parlama noktasına sahiptir. Diğer yandan gemilerde kullanılmaya başlanan alternatif yakıtlar genelde daha düşük parlama noktasına sahip yakıtlardır. Bu da gemilerde alternatif yakıtları kullanmadan önce gemi üzerinde modifikasyonlar yapılıp güvenlik tedbirlerinin arttırılmasını gerektirmektedir. Bunun için IGF Kodu referans alınmaktadır. Bu kod gaz ve diğer parlama noktası düşük yakıtların gemilerde kullanılması için gerekli olan minimum standartları belirlemektedir. Bir gemide kullanılacak alternatif yakıtı belirlemeden önce çeşitli faktörler ele alınmalı, yakıt özellikleri incelenmeli, yakıtın uzun dönem kullanılıp kullanılamayacağı, olgunlaşmış bir teknolojiye sahip olup olmadığı, çevre dostu olup olmadığı, emisyonlara etkisi, uluslararası kurallara uygunluğu, ilk yatırım, işletme ve yakıt maliyetleri detaylıca araştırılmalıdır. Hazırlanan bu tez iki ana kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda gemilerde kullanılacak alternatif yakıtları değerlendirmek ve seçimini kolaylaştırmak adına farklı kriterler kullanılarak bir değerlendirme modeli oluşturulmuş ve çeşitli alternatif yakıtlar değerlendirilmiştir. Tezin ikinci kısmında ise bir dizel motorda metanol yakıtı, kısmi ön karışımlı yanma konsepti kullanılarak deneysel çalışma yapılmıştır. Tezin ilk kısmının amacı, gemilerde alternatif yakıtların kullanımını etkileyecek kriterler kullanılarak bir değerlendirme modeli oluşturulması, bu metot vasıtası ile hem hangi kriterlerin alternatif yakıt seçiminde daha belirleyici olduğunun görülmesi hem de hangi alternatif yakıtların gemilerde kullanılmasının daha uygun olacağının bulunmasıdır. Tezin ikinci kısmının amacı ise ilk kısımda değerlendirilen alternatif yakıtlardan en uygun olanlarından biri ile bir dizel motor üzerinde deneysel çalışma yapılması, hem farklı yüklerde yanma olayının, makine performansının ve açığa çıkan emisyonların gözlemlenmesi hem de yakıtın yanmasına etki edecek bazı parametreleri değiştirerek, bu değişimlerin makine performansı ve emisyonlara etkilerinin gözlemlenmesidir. Sonucunda da deneysel çalışmada kullanılan alternatif yakıtın gemilerde kullanıma uygun olup olmadığı ve uluslararası denizcilik emisyon kurallarına uygunluğu incelenmiştir. Oluşturulan değerlendirme modeli tarafından değerlendirilecek alternatif yakıtlar, amonyak, etanol, hidrojen, jet yakıtı, metanol, sıvılaştırılmış doğalgaz ve sıvılaştırılmış petrol gazıdır. Değerlendirme modeli oluşturulurken, çok kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan analitik hiyerarşi prosesi kullanılmıştır. Değerlendirme modelinde alternatif yakıtların değerlendirileceği ana kriterler, emniyet, mevzuat, güvenilirlik, teknik, ekonomi ve ekolojidir. Ana kriterlerin yanında emniyet kriterinin altında parlama noktası, kendiliğinden tutuşma noktası, yanma limitleri, alev hızı ve maruz kalma derecesi; güvenilirlik kriterinin altında olgunluk ve yakıt ikmal imkanları; teknik kriterin altında, sistemin karmaşıklığı, gemilere uygulanabilirlik ve makine parçalarına etki; ekonomi kriterinin altında ticari etki, yatırım maliyeti, bakım maliyeti ve yakıt maliyeti bulunmaktadır. Hem ana kriterlerin hem de ana kriterlerin altındaki alt kriterlerin ağırlıkları on dört eksperin anket görüşlerine göre puanlandıktan sonra analitik hiyerarşi prosesi kullanılarak bulunmuştur. Buna göre emniyet ve ekoloji kriterleri 0.346 ağırlık puanıyla ilk sıradadır. Mevzuat kriteri 0.146 ağırlık puanı ile ikinci derecede etki etmektedir. Alternatif yakıtların her bir kriterde değerlendirilmesi ise alternatif yakıtların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin birbirleri ile kıyaslanması, mevzuata uygunlukları, sistem gereklilikleri, yakıt ikmal noktaları, olgunluk dereceleri gibi sayısal olmayan verilerin sayısal veriye dönüştürülmesinden sonra birbirleri ile kıyaslanması şeklinde, analitik hiyerarşi prosesi kullanılarak yapılmıştır. Değerlendirme modelinin sonuçlarına göre sıvılaştırılmış doğalgaz 0.234 ağırlık puanı ile en uygun yakıt olarak çıkmıştır. İkinci sırada 0.151 ağırlık puanı ile metanol, üçüncü sırada ise 0.148 ağırlık puanı ile amonyak en uygun yakıtlardan olmuştur. Tezin ikinci kısmında metanol ile deneysel çalışma yapılması planlanmıştır. Metanolün seçilmesinde hem bu yakıtın denizcilik sektörü açısından güncelliğinin olması hem de deneysel çalışma esnasında laboratuar emniyetinin daha kolay sağlanabilecek olması, geleneksel yakıtlara benzerliği, normal koşullarda sıvı halde depo edilebilmesi ve sülfürsüz bir yakıt olması etkili olmuştur. Metanolün dizel motorlarda yakılabilmesi için birçok yanma konsepti uygulansa da kısmi ön karışımlı yanma konsepti ile çalışma yapılmıştır. Bunun sebebi makine üzerinde daha az modifikasyon ihtiyacının olması, makinede yüksek verim elde edilmesi, düşük azot oksit ve partikül madde emisyonları, metanolün kısmi ön karışımlı yanma ile yakılmasına ilişkin literatürdeki boşluklar ve kısmi ön karışımlı yanmanın gemi ana makineleri için uygulanabilir olmasıdır. Deneysel çalışmalar, Lund Üniversitesi'nin test laboratuarındaki Scania D13 dizel motoru üzerinde gerçekleştirilmiştir. Normalde altı silindirli olan bu motor, deneysel çalışmalar için tek silindirinde yanma gerçekleşecek şekilde modifiye edilmiştir. Testler, 2 bar, 3 bar, 5 bar, 8 bar ve 10 bar indike ortalama efektif basınç yüklerinde gerçekleştirilmiştir. 2 bar indike ortalama efektif basınç yükünde, emme havası sıcaklığının yanmaya, makine performansına ve emisyonlara etkisi incelenirken, 3 bar indike ortalama efektif basınç yükünde, yakıt püskürtme zamanının yanmaya, makine performansına ve emisyonlara etkisi incelenmiştir. 5 bar ve 8 bar indike ortalama efektif basınç yüklerinde genel yanma trendleri, makine performansı ve emisyonlar incelenmiştir. 10 bar indike ortalama efektif basınçta ise tek yakıt püskürtmesi ve ayrık yakıt püskürtmesi denenmiştir. Ayrık püskürtme esnasında yakıt püskürtme parametrelerinden, ilk püskürtme zamanının etkileri, ikinci püskürtme zamanının etkileri, ilk püskürtme süresinin oranının etkileri ve yakıt püskürtme basıncının etkileri incelenmiştir. Genel sonuçlara göre, makinede yanma stabilitesi COV IMEPn %2 ile iyi durumdadır. Makine verimi minimum 0.44 maksimum 0.49 olurken, yanma verimi minimum 0.89 iken 5 bar indike ortalama efektif basınç yükten sonra 0.99'un üzerindedir. Karbon monoksit ve yanmamış hidrokarbon emisyonları 5 bar indike ortalama efektif basınç yükten sonra 0.2 g/kWh olarak düşük seyretmiştir. Azot oksit emisyonları, 5 bar ortalama efektif basınç yüke kadar azot oksit tier III emisyon limitlerinin altındayken, 8 ve 10 bar ortalama efektif basınç yüklerinde 5 g/kWh ve 5.5 g/kWh ile tier II emisyon limitlerinde seyretmiştir. Deneysel çalışmalar, makinenin ısınma sorunları nedeniyle 10 bar ortalama efektif basınca kadar yapılabilmiş, makinenin tam yükü olan 20 bar ortalama efektif basınç yüküne çıkılamamıştır. Bu nedenle 10 bar ile 20 bar arasındaki spesifik yakıt tüketimi, yanma verimi, makine verimi ve emisyon değerleri alınan verilere göre eğri uydurularak trendi tahmin edilmeye çalışılmıştır. Buna göre en düşük spesifik yakıt tüketimi, 381 g/kWh ile 16 bar indike ortalama efektif basınç yükünde elde edilmiştir. Yanma verimi 0.99'un üzerinde seyrederken, makine verimi 0.485 ile 16 bar indike ortalama efektif basınçta elde edilmiştir. Karbondioksit miktarı 16 bar indike ortalama efektif basınçta 524 g/kWh ile en düşük seviyesindedir. Karbon monoksit ve yanmamış hidrokarbon emisyonları 0.2 g/kWh ile 20 bar indike ortalama efektif basınç yüküne kadar devam etmiştir. Azot oksit emisyonları ise 13.5 bar indike ortalama efektif basınç yüke kadar azot oksit tier II limitleri altında seyrederken, daha yüksek yüklerde bu limiti aşmıştır. Ancak daha önce aynı test motoru üzerinde metanol ile yapılan deneylerde egzoz gaz resirkülasyon sistemi kullanıldığında azot oksit emisyonlarının rahatlıkla 0.4 g/kWh'in altına indirildiği belirtilmişti. Bu da gösteriyor ki egzoz gaz resirkülasyonu kullanıldığında, azot oksit emisyonları azot oksit tier III limitlerinin altında kalacaktır. Bu tez çalışması göstermiştir ki oluşturulan değerlendirme modeli deniz taşımacılığının gerçekleri ile örtüşmekte ve gemilerine alternatif yakıt seçiminde bulunacak olan karar vericilere yön gösterebilmektedir. Deneysel çalışma kısmı ise metanol yakıtının kısmi ön karışımlı yanma konsepti kullanılarak bir dizel motorda iyi bir makine stabilitesi, yüksek makine verimi ve testlerin genelinde düşük emisyon miktarları ile yakılabileceğini göstermiştir. Metanol yakıtının sülfürsüz oluşu sülfür oksit emisyonlarının açığa çıkmamasını sağlarken, yine metanolün kimyasal özelliği ve kısmi ön karışımlı yanma konsepti sayesinde partikül emisyonlarının sıfıra yakın olmasını sağlamaktadır. Belli bir yüke kadar azot oksit tier III emisyon limitleri altında seyreden azot oksit emisyonları da bu seviyeyi aştığında egzoz gaz resirkülasyonu kullanılarak yine tier III limitleri altına indirilebilmekte ve regülasyonla uyum göstermektedir. Karbondioksit emisyonları için ise metanolün düşük karbon içermesi, bu emisyonların daha az atmosfere verilmesini sağlamaktadır. Eğer ileride karbon nötr olan biyo-metanol kullanımı yaygınlaşırsa karbondioksit emisyonlarının kayıtlara geçirilmesine de gerek kalmayacaktır. Metanol kısmi ön karışımlı yanma konsepti güncel karbondioksit, azot oksit ve sülfür oksit emisyon kuralları ile uyumlu olduğunu göstermiştir.

Rise in the amount of emissions worldwide is directly related to energy consumption. World energy consumption was 575 quadrillion Btu in 2015 and it is estimated that it will be 663 quadrillion Btu in 2030 and 736 quadrillion Btu in 2040. Energy is consumed in various areas. These are buildings, transportation, and industry. Buildings consist of residential and commercial structures. Industry consists of production facilities, factories, and heavy industry areas. Transportation contains road transportation, railway transportation, aviation, and shipping. Transportation forms an important portion of the world energy consumption. In 2015, the energy consumed by transportation is approximately 110 quadrillion Btu and it is estimated that it will rise to 140 quadrillion Btu in 2040. The shipping sector is a major element in worldwide trade. 90% of the world trade, 90% of outer trade of the European Union and 40% of inner trade of the European Union is done by the shipping sector. According to data of European Energy Agency, the shipping sector is the reason for 1.94% of world carbon monoxide (CO) emission, 20.98% of world nitrogen oxide (NOX) emission, 11.8% of world sulfur oxide (SOX) emission, 4.63% of world particulate matter (PM10), and 8.57% of world particulate matter (PM2.5). International Maritime Organization states that the shipping sector consumed 300 million tons of fuel in 2012 and emitted 938 million tons of CO2 emission, 19 million tons of NOX emission, 10.2 million tons of SOX emission, 1.4 million tons of PM emission, and 936 thousand tons of CO emission. International Maritime Organization has worked on to control and reduce the emission amounts from ships. Stricter emission rules and regulations entered into force for decreasing CO2, NOX, SOX, and PM emissions. To cope with these rules and regulations, there are various emission abatement technologies and methods for the shipping sector. These can be exhaust gas recirculation, selective catalytic reduction, reduction with water, and engine modifications for NOX emissions while SOX scrubber for SOX emissions. However, these emission abatement technologies and methods reduce the aimed emission type, they have a neutral or negative effect on other types of emissions, such as CO2, CO or PM emissions. In addition to these, using alternative fuels on ships is another emission abatement method. There is a potential that alternative fuels can reduce CO2, NOX, SOX, and PM emissions at the same time. Alternative marine fuels can be liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), methanol, ethanol, dimethyl ether, biodiesel, biogas, synthetic fuels, hydrogen, electricity, and nuclear fuel. Nowadays, also, ammonia is considered as an alternative marine fuel. The shipping sector has been heading towards alternative fuels. There are 116 LNG-fuelled ships in operation, 112 new orders, and 93 LNG-ready ships, 2 methanol-fuelled ships in operation and 6 chemical tankers in order, 12 LPG-fuelled gas carriers in operation, 2 ethane-fuelled ships in operation and 2 ships in order, and 2 hydrogen-fuelled ships are in operation worldwide. The shipping is a unique sector with its special rules, regulations, and implementations. As a consequence, before selecting an alternative fuel for a ship, various aspects should be considered, for instance, the specifications of alternative fuels, maturity of the system, reliability of the fuel, effects on emissions, compliance with the rules and regulations, initial cost, operational costs, etc. Decision-makers use multi-criteria decision-making methods during these kinds of situations. This thesis study consists of two main sections. The first section is the formation of an assessment model for the selection of alternative fuels for shipboard usage. Various criteria were determined to assess alternative fuels and find suitable ones for shipboard usage. Analytic Hierarchy Process (AHP) was used as a multi-criteria decision-making method with the criteria of safety, legislation, reliability, technical, economy, and ecology. Alternative fuels are used in the study are ammonia, ethanol, hydrogen, kerosene, LNG, LPG, and methanol. The criteria and sub-criteria weightings were determined by getting expert opinions and doing a pair-wise comparison by using the AHP method. The highest weightings were the weightings of safety and ecology criterion with 0.346. The legislation criterion followed them with a weighting of 0.146. The remaining criteria were reliability, technical, and economy with the weightings of 0.090, 0.046, and 0.025, respectively. The pair-wise comparison was done for alternative fuels at each criterion. The final assessment result showed that LNG is the most suitable alternative fuel with the highest weighting of 0.234. The second alternative fuel is methanol with the weighting of 0.151 and the third alternative fuel is ammonia with a weighting of 0.148. The second section of the thesis study is the experimental study with methanol fuel on a Scania D13 heavy-duty diesel engine. The experimental studies were performed at the laboratory of the Division of Combustion Engines, Department of Energy Sciences at Lund University, Sweden. To burn methanol at the diesel engine, partially premixed combustion concept was applied. The combustion properties, engine performance, and engine emissions were investigated during the experiments. The experiments were done at 2 bar, 3 bar, 5 bar, and 10 bar IMEPg engine loads. The effect of intake temperature, single injection, split injection, and fuel injection parameters of injection timing, injection duration, and rail pressure were observed under various engine loads. The common finding of the experimental study was the combustion stability, COV IMEPn, was good with 2%. The engine efficiency was between 0.44 and 0.49 and the combustion efficiency was between 0.89 and above 0.99. The CO and THC emissions were high until 5 bar IMEPg engine load, but then they decreased to 0.2 g/kWh. The NOX emissions were within the limit of NOX Tier III until 5 bar IMEPg, but then they rose to 5 g/kWh and 5.5 g/kWh, which are within the limits of NOX Tier II, at 8 bar and 10 bar IMEPg, respectively. The last study in the thesis was the prediction of specific fuel consumption, engine efficiencies, combustion efficiency, and emissions from 10 bar IMEPg to 20 bar IMEPg. This was done due to the limitations of the engine operation. The thesis study showed that the results of the assessment model are in parallel with the reality of the shipping sector and it can be used during the decision-making process for the selection of alternative fuels for ships. The experimental study part of the thesis reveals that methanol can be burned by using partially premixed combustion concept at a heavy-duty diesel engine with good combustion stability, high engine efficiency, and low engine emissions. The sulfur-free structure of methanol results with zero SOX emission. In addition to this, the short-chain structure of methanol and the combustion property of partially premixed combustion concept achieve almost zero PM emission. The NOX emission is under Tier III Limits of IMO until 5 bar IMEPg and it increases after that point. But the NOX emission can be easily reduced below NOX Tier III Limits by using exhaust gas recirculation while operating the engine at partially premixed combustion. Methanol has lower carbon content than conventional marine fuels which is an advantage for lower CO2 emissions. Moreover, if the usage of bio-methanol spreads worldwide, there will be no need to record CO2 emissions because it is a carbon-neutral fuel. The methanol partially premixed combustion concept complies with the recent CO2, NOX, and SOX rules and regulations.