A systematic material selection process for biogas feedstock systems in cruise ship
Stenberg, Aleksi (2022)
Diplomityö
Stenberg, Aleksi
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112266446
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022112266446
Tiivistelmä
This Master thesis conducted a systematic material selection study for the systems used as a biogas feedstock. The systems such as black water and food waste in a cruise ship were studied from aspects of their functional, environmental, manufacturing and production, and cost requirements. In the thesis assistance tools and calculations were utilised to study suitability of material properties for the systems. From the environmental perspective materials were studied utilising the R5 approach. As pre-selection of materials was used stainless-steel AISI 316L and plastic PE100. The goal of the material selection process was to find out answers to the following questions: What special features does the systematic material selection process have to include in sewage and food waste systems and why? Which assistance tools apply the best for the systematic material selection process in pipe design and why?
The results showed that materials AISI316L and PE100 are suitable for the systems, although their mechanical and physical properties differ. The R5 approach provided important environmental information on the selection from the point of view of the manufacturer and the buyer. The manufacturers of both materials have sustainability strategies, but the study revealed that there are differences such as in the use of recycled material in production. Results indicated that the assistance tools four-field and cobweb -analyse provided good insight to the material properties. The results of calculations supported the material selection by revealing the materials’ behaviour in different circumstances. Results also included case study calculations of a typical cruise ship’s waste streams to assess the potential energy production from waste. Tässä diplomityössä suoritettiin systemaattinen materiaalivalintaprosessi biokaasun raaka-aineena käytettäville putkistojärjestelmille. Risteilyaluksen järjestelmiä, kuten mustavesi- ja ruokajäte, tutkittiin niiden toiminta-, ympäristö-, valmistus- ja tuotanto- sekä kustannusvaatimusten näkökulmasta. Diplomityössä materiaaliominaisuuksien soveltuvuutta järjestelmiin tutkittiin apuvälineillä ja laskelmilla. Ympäristönäkökulmasta materiaalia tutkittiin R5-lähestymistavalla. Materiaalien esivalintana käytettiin ruostumatonta terästä AISI 316L ja muovia PE100. Materiaalien valintaprosessin tavoitteena oli löytää vastauksia seuraaviin kysymyksiin: Mitä erityispiirteitä systemaattisen materiaalinvalintaprosessin tulee sisältää jätevesien ja ruokajätteen systeemeissä ja miksi? Mitkä systemaattisen materiaalin valintaprosessin apukeinot soveltuvat tukemaan parhaiten putkistosuunnittelua ja miksi?
Tulokset osoittivat, että materiaalit AISI316L ja PE100 sopivat järjestelmiin, vaikka niiden mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet eroavat toisistaan. R5-lähestymistavan käyttö ympäristönäkökulmasta antoi tärkeää tietoa valmistajan ja ostajan näkökulmasta. Molempien materiaalien valmistajalla on kestävän kehityksen strategiat, mutta tutkimus paljasti, että kierrätysmateriaalin käytössä materiaalien tuotannossa on eroja. Tulokset osoittivat, että aputyökalut nelikenttä- ja cobweb auttoivat vertailemaan materiaalin ominaisuuksia keskenään. Laskelmien tulokset tukivat valintaa saada enemmän selville materiaalien käyttäytymisestä eri olosuhteissa. Tulokset sisälsivät myös Case study -laskelmat tyypillisen risteilyaluksen jätevirroista, joiden avulla voitiin arvioida mahdollista energiantuotantoa jätteestä.
The results showed that materials AISI316L and PE100 are suitable for the systems, although their mechanical and physical properties differ. The R5 approach provided important environmental information on the selection from the point of view of the manufacturer and the buyer. The manufacturers of both materials have sustainability strategies, but the study revealed that there are differences such as in the use of recycled material in production. Results indicated that the assistance tools four-field and cobweb -analyse provided good insight to the material properties. The results of calculations supported the material selection by revealing the materials’ behaviour in different circumstances. Results also included case study calculations of a typical cruise ship’s waste streams to assess the potential energy production from waste.
Tulokset osoittivat, että materiaalit AISI316L ja PE100 sopivat järjestelmiin, vaikka niiden mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet eroavat toisistaan. R5-lähestymistavan käyttö ympäristönäkökulmasta antoi tärkeää tietoa valmistajan ja ostajan näkökulmasta. Molempien materiaalien valmistajalla on kestävän kehityksen strategiat, mutta tutkimus paljasti, että kierrätysmateriaalin käytössä materiaalien tuotannossa on eroja. Tulokset osoittivat, että aputyökalut nelikenttä- ja cobweb auttoivat vertailemaan materiaalin ominaisuuksia keskenään. Laskelmien tulokset tukivat valintaa saada enemmän selville materiaalien käyttäytymisestä eri olosuhteissa. Tulokset sisälsivät myös Case study -laskelmat tyypillisen risteilyaluksen jätevirroista, joiden avulla voitiin arvioida mahdollista energiantuotantoa jätteestä.