Amoniacul – un nou combustibil pentru motoarele marine
În prezent, navele consumă anual aproximativ 300 de milioane de tone de produse petroliere și emit 3-4% din totalul emisiilor de CO2 cauzate de activitatea umană. În același timp, navele comerciale flota joacă un rol fundamental în economia globală, transportând peste 80% din totalul mărfurilor.
Compararea emisiilor de SOx provenite de la navele de croazieră și mașini în porturile europene
În 1973, OMI (Organizația Maritimă Internațională) a adoptat Convenția internațională pentru prevenirea poluării de către nave (MARPOL 73/78), care a fost completată de Protocoalele din 1978 și 1997 și este actualizată constant prin amendamente relevante. Convenția MARPOL acoperă poluarea de către nave cu petrol, substanțe lichide nocive transportate în vrac, substanțe nocive transportate pe mare sub formă ambalată, ape uzate, gunoi și prevenirea poluării aerului de către nave. MARPOL a contribuit semnificativ la reducerea poluării mediului cauzată de transportul maritim internațional și se aplică la 99% din tonajul comercial mondial.
Primul pas a fost limitarea emisiilor atmosferice de oxid de sulf (SOx) și oxizi de azot (NOx) generate în timpul arderii combustibilului în sistemele de propulsie marină. Regulamentul pentru prevenirea poluării aerului de către nave – Anexa VI la MARPOL (intrat în vigoare la 19 mai 2005) stabilește anumite zone de control al emisiilor de oxid de sulf (SOx) cu controale mai stricte ale emisiilor de sulf și zone de control al emisiilor de oxid de azot (NOx) pentru standardele de emisii de NOx de Nivelul III (Zone de control al emisiilor pentru oxizi de sulf, oxizi de azot). Zonele de control al emisiilor (ECA) sunt fie zone de control al emisiilor de sulf (SECA), fie zone de control al emisiilor de oxizi de azot (NECA).
În conformitate cu regulamentele OMI din anexa VI la MARPOL, toate zonele de control al emisiilor (ECA) au în prezent limite de emisie de SOx (SECA) și limite de emisie de NOx (NECA).
Următoarele ECA-uri sunt instalate în prezent:
• Marea Baltică și Marea Nordului (Marea Baltică și Marea Nordului).
• Zona Americii de Nord. Include zonele de coastă ale Statelor Unite, inclusiv Insulele Hawaii și Canada.
• Zona Mării Caraibelor din SUA (insulele Caraibe din SUA).
• Marea Mediterană.
• Arctica canadiană și Marea Norvegiei.
A intrat în vigoare la 1 martie 2026.
În plus, OMI consideră Oceanul Atlantic de Nord-Est o potențială ECA în viitorul previzibil. Mai multe țări, inclusiv China, Coreea de Sud, Australia și Mexic, au propus deja includerea apelor lor teritoriale în ECA-uri.
Navele construite la sau după 1 ianuarie 2016 și care operează în aceste zone de control al emisiilor trebuie să respecte standardele NOx Tier III stabilite în regula 13.5 din anexa VI la MARPOL.
O navă construită la sau după 1 ianuarie 2021 și care operează în aceste zone de control al emisiilor trebuie să respecte standardele NOX Tier III prevăzute în regula 13.5 din anexa VI la MARPOL.
Zone ECA
În cadrul ECA, conținutul maxim de sulf din combustibilul marin nu trebuie să depășească 0,1%, în timp ce în afara ECA este permis până la 0,5%. Și totuși, autorul își amintește încă de „vremurile bune” când trebuia să lucreze cu păcură cu un conținut de sulf de până la 4,5%!
Cerințele OMI privind conținutul de sulf al combustibililor marini
În afara SECA, navele construite în 2010 sau anterior trebuie să îndeplinească cel puțin standardele de emisii de NOx Tier I, în timp ce cele construite în 2011 sau ulterior trebuie să îndeplinească standardele Tier II. În timp ce emisiile Tier I și Tier II sunt obținute prin modificări ale proiectării motorului, emisiile Tier III pot fi obținute doar printr-un tratament special al gazelor de eșapament.
Utilizarea scruberelor în ECA-uri permite utilizarea combustibililor cu conținut ridicat de sulf. În scruber, gazele de eșapament sunt pulverizate cu apă (apă de mare sau apă dulce), care absoarbe oxizii de sulf și, într-o oarecare măsură, oxizii de azot, formând acizi, precum și funingine, care este colectată într-un rezervor de nămol. Apa de eșapament este evacuată peste bord, dacă este permis de reglementările locale (buclă deschisă) sau, după neutralizare cu îndepărtarea alcalinilor și a funinginii, este returnată în proces (buclă închisă), de obicei folosind apă dulce.
Scruber cu buclă deschisă
Scruber cu buclă închisă
Pentru a atinge conformitatea cu Tier III privind NOx, se utilizează diverse metode, inclusiv:
1. Reducere catalitică selectivă (SCR)
În acest sistem, ureea sau amoniacul sunt injectate în gazele de eșapament înainte ca acestea să treacă printr-un sistem format dintr-un pat special de catalizator, la o temperatură de 300 până la 400 de grade Celsius. Reacția chimică dintre uree/amoniac și NOx din gazele de eșapament reduce emisiile de NOx (NO și NO2) la N2. Unitatea SCR este instalată între galeria de evacuare și turbocompresor. Această metodă reduce emisiile de NOx cu peste 90%.
2. Recircularea gazelor de eșapament (EGR)
Această tehnologie returnează o parte din gazele de eșapament de la turbocompresor la receptorul de evacuare după ce trec printr-o unitate de epurare (spălare a gazelor de eșapament). Aceasta reduce emisiile de NOx cu 50-60% în comparație cu Tier I.
Reducerea NOx are loc prin reducerea raportului de aer în exces (conținutul de oxigen) utilizat pentru ardere, adăugarea de CO2 și vapori de apă reduce temperaturile maxime.
Măsurile menționate mai sus cresc semnificativ costurile de operare și reduc eficiența economică a navelor. De exemplu, reducerea conținutului de sulf al combustibilului marin crește costul acestuia cu o medie de 20%, iar instalarea de scrubbere costă peste 300 EUR per 1 MW de putere a motorului, excluzând costurile de operare ulterioare.
Începând cu anul 2011, OMI s-a angajat să combată emisiile de gaze cu efect de seră (GES) prin adăugarea capitolului 4 la anexa VI a Convenției MARPOL, „Reglementări privind eficiența energetică a navelor”. Această reglementare se aplică navelor cu un tonaj brut de 400 de tone sau mai mult angajate în voiaje internaționale.
Au fost introduse Indicele de proiectare a eficienței energetice (EEDI) pentru navele noi, Planul de gestionare a eficienței energetice a navelor (SEEMP) și Sistemul de colectare a datelor privind combustibilul (DCS) pentru navele de peste 5000 de tone.
EEDI măsoară numărul de grame de CO2 emise pe tonă-milă, încurajând astfel utilizarea unor echipamente mai eficiente. Cu cât EEDI este mai mic, cu atât nava este mai eficientă. Formula ia în considerare parametrii tehnici ai navei (puterea motorului, viteza, deadweight-ul). „EEDI realizat” trebuie să fie mai mic decât „EEDI necesar”, care este ajustat la fiecare cinci ani. Este obligatoriu pentru majoritatea navelor noi cu un tonaj brut de 400 sau mai mult, pentru care contractul de construcție a fost semnat după 1 ianuarie 2013.
În 2018 și 2023, OMI și-a definit strategia de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră provenite din transportul maritim global.
Strategia OMI privind emisiile de gaze cu efect de seră
Indicatori ai intensității carbonului (CII) – cerințele pentru clasificarea navelor (de la A la E) pe baza eficienței lor operaționale au fost implementate din 2023. CII este o măsură a eficienței energetice operaționale a unei nave, calculată anual. Acesta arată câte grame de dioxid de carbon (CO2) sunt emise pe unitatea de transport. Utilizează date din Sistemul de colectare a datelor OMI (IMO DCS), care este deja obligatoriu pentru nave.
Cea mai eficientă metodă pentru reducerea emisiilor nocive provenite de la motoarele marine, altele decât sistemele de propulsie nucleare și complet electrice, este utilizarea combustibililor alternativi. Acestea pot include:
• Gazul natural lichefiat (GNL) este ușor disponibil și reduce eficient emisiile de SOx și NOx, dar necesită depozitare criogenică (-162°C) rezervoare presiune înaltă. Dezavantajul este că, pe unitatea de volum, conținutul energetic al GNL este de doar 43% din cel al păcurii cu conținut ridicat de sulf. Prin urmare, rezervoarele de combustibil ocupă de 3-4 ori mai mult spațiu în comparație cu navele care funcționează cu combustibil tradițional. Un exemplu de utilizare a GNL este linia de motoare diesel în doi timpi de turație redusă Everllence B&W ME-GI (fosta MAN B&W ME-GI) cu o capacitate de 4350-82400 kW la 56-167 rpm. Din 2014, au fost deja comandate 1000 dintre aceste unități. Conform estimărilor experților, ponderea GNL în volumul total de combustibil marin va ajunge la 23% până în 2050 (în prezent este de aproximativ 0,3%). Comparativ cu combustibilul greu tradițional, GNL permite o reducere a emisiilor de CO2 cu 20-30%, a SOx cu aproape 100% și a NOx cu 80-90%.
Nave cu motoare diesel cu dublă alimentare care funcționează cu GNL (de sus în jos): nava Pazei de Coastă Turva (Finlanda), spărgătorul de gheață Polaris (Finlanda), nava de croazieră Costa Smeralda
Everllence B&W ME-GI
Linia de motoare diesel Everllence B&W ME-GI
• Gaz petrolier lichefiat (GPL – Liquefield Petroleum Gas). Ușor accesibil, nu este nevoie de rezervoare de înaltă presiune sau temperaturi ultra-scăzute pentru depozitare. Fără emisii de SOx, emisii reduse de CO2. Un exemplu este linia Everllence B&W ME-LGIP (fosta MAN B&W ME-LGIP) de motoare diesel în doi timpi și turație redusă. Din 2018, au fost comandate peste 270 de unități.
• Gaz Etan Lichefiat (LEG). Ușor disponibil, depozitat la temperaturi criogenice (sub -100 °C), dar necesită o izolație a rezervorului mai subțire decât GNL-ul datorită punctului său de fierbere mai ridicat. Reduce emisiile de oxizi de sulf (SOx), oxizi de azot (NOx) și dioxid de carbon (CO2) în comparație cu păcura tradițională (HFO) și motorina marină (MDO). Un exemplu este gama Everllence B&W ME-GIE (fosta MAN B&W ME-GIE) de motoare diesel în doi timpi, cu turație redusă. Putere 8300-29 120 kW la 62-127 rpm.
• Etanol și metanol. Metanolul rămâne lichid la temperaturi de la -93 °C la + 65 °C (la presiune atmosferică), ceea ce elimină necesitatea unor sisteme criogenice complexe de stocare (costul unui sistem de alimentare care utilizează metanol este de aproximativ 1/3 din prețul unui sistem GNL pentru un motor marin). Acesta poate fi produs din gaze naturale, cărbune și surse regenerabile. Există tehnologii pentru producerea metanolului direct din emisiile nocive în atmosferă, ceea ce pare a fi cea mai promițătoare în ceea ce privește reducerea emisiilor de COx. Emisiile de NOx depind de tipul de motor utilizat. În cazul unui motor diesel în doi timpi, se va observa o reducere cu 30% a emisiilor (comparativ cu păcura cu conținut ridicat de sulf), în timp ce utilizarea într-un motor în patru timpi va reduce emisiile cu 60%. Un dezavantaj serios al metanolului, spre deosebire de etanol, este toxicitatea sa ridicată, dar costul etanolului este semnificativ mai mare decât cel al metanolului. Metanolul, ca și combustibil pentru motor, are o cifră octanică ridicată și o inflamabilitate scăzută. Punctul său de aprindere este de +9°C, iar vâscozitatea sa este de 5,9 mM.2/s la 21 °C, temperatură de autoaprindere ridicată. Etanolul este caracterizat printr-un punct de aprindere scăzut (13 °C), vâscozitate scăzută (1,2 m2/s) și o temperatură ridicată de autoaprindere. Atât metanolul, cât și etanolul pot fi utilizate în amestecuri cu păcură în diferite proporții.
În 2015, motoarele principale ale feribotului de transport marfă-pasageri Stena Germanica au fost convertite pentru prima dată pentru utilizarea cu metanol. Sistemul de alimentare instalat a permis utilizarea a patru motoare Wärtsilä-Sulzer 8ZAL40S de viteză medie în modul cu combustibil dual. Conform măsurătorilor, atunci când motoarele principale funcționau cu metanol, emisiile de oxid de sulf (SOx) au scăzut cu 99%, oxid de azot (NOx) cu 60%, dioxid de carbon (CO2) cu 25% și particule în suspensie cu 95%.
Zid Germanic
Primul motor marin în doi timpi din lume alimentat cu metanol a fost Everllence B&W ME-LGIM (fostul MAN B&W ME-LGIM). Dezvoltarea a început în 2012, iar prima navă cu acest motor a intrat în serviciu în 2016. Pe lângă metanol, motorul poate funcționa cu păcură grea (HFO), motorină marină (MDO) sau motorină marină (MGO). În 2024, Everllence a testat cu succes motorul în patru timpi 21/31 DF-M pe etanol.
Everllence B&W ME-LGIM pe un banc de testare
Linia de motoare diesel Everllence B&W ME-LGIM
• Hidrogen. H2 este o altă opțiune alternativă de combustibil marin luată în considerare în prezent. Pentru utilizare pe nave, hidrogenul este fie lichefiat (lichidul criogenic are o temperatură de -240 °C), fie plasat în rezervoare de compresie, fie stocat ca un compus chimic. Produs din surse de energie regenerabilă, hidrogenul devine unul dintre cei mai curați combustibili, cu zero emisii de gaze cu efect de seră. Atunci când este ars, produce doar vapori de apă. Motoarele cu combustibil dual (de exemplu, 85% hidrogen + 15% motorină) sunt dezvoltate pentru a utiliza hidrogen, iar motorinele marine existente pot fi modernizate, ceea ce este deosebit de important pentru navele de coastă. Anglo Belgian Corporation (ABC) produce motoare cu hidrogen cu o capacitate de 1000-2800 kW. Cea mai eficientă metodă de utilizare a hidrogenului sunt pilele de combustie, care sunt utilizate pentru a genera electricitate. Producția de hidrogen, la fel ca pilele de combustie, este bine dezvoltată, dar aceasta rămâne necompetitivă ca preț cu motoarele marine convenționale. Cu toate acestea, stocarea hidrogenului necesită volume semnificativ mai mari decât combustibilii tradiționali.
Compararea masei și volumului combustibililor fosili și al hidrogenului lichefiat
• Amoniacul. Este considerat unul dintre cele mai promițătoare tipuri de combustibil marin alternativ.
Compararea caracteristicilor combustibilului
Va urma...
Informații