Amoniacul – un nou combustibil pentru motoarele marine. Primii pași
Amoniacul lichid este un solvent bun pentru un număr foarte mare de compuși organici și mulți compuși anorganici și este coroziv pentru o serie de metale. Deoarece amoniacul provoacă fisuri prin coroziune sub tensiune (SCC), în special în oțelurile carbon, ar trebui utilizate oțeluri cu rezistență redusă la curgere sau aliaje speciale (de exemplu, oțel inoxidabil 316L). Cuprul, zincul și aliajele acestora (alamă, bronz) sunt strict interzise, deoarece amoniacul le corodează rapid. Garniturile necesită elastomeri speciali rezistenți la atacul chimic al amoniacului.
Amoniacul este o substanță toxică cu efecte asfixiante și neurotrope. Inhalarea poate provoca edem pulmonar toxic (cu expunere la amoniac la o concentrație de 1,5 g/m³ timp de o oră) și leziuni grave ale sistemului nervos. Vaporii de amoniac sunt foarte iritanti pentru membranele mucoase ale ochilor și ale sistemului respirator, precum și pentru piele. Vaporii de amoniac provoacă lăcrimare abundentă, dureri oculare, arsuri chimice ale conjunctivei și corneei, pierderea vederii, accese de tuse, înroșirea și mâncărimea pielii. Contactul cu pielea al amoniacului lichefiat și al soluțiilor sale provoacă o senzație de arsură, fiind posibile arsuri chimice cu vezicule și ulcerații. În plus, amoniacul lichefiat absoarbe căldura pe măsură ce se evaporă, provocând diferite grade de degerături la contactul cu pielea. Concentrația maximă admisă de vapori de amoniac este de 20 mg/m³.
Autorul acestui articol își amintește viu de un caz în care o scurgere în timpul încărcării amoniacului pe o navă cu o unitate de refrigerare cu amoniac în portul de pescuit Klaipėda a dus la moartea unui membru al echipajului. Ce exemplu de toxicitate a NH3!
Amoniacul este unul dintre cele mai importante produse chimice, cu o producție anuală globală care depășește 180 de milioane de tone. În 2024, 80% din producția anuală de amoniac a fost utilizată în industria chimică, în principal pentru producția de îngrășăminte, și 20% ca solvent în scopuri industriale, precum și în refrigerare, energie și medicină.
După cum putem observa, formula amoniacului nu conține sulf și carbon, eliminând emisiile de COx și SOx în timpul arderii. În timp ce emisiile de NOx sunt menținute la niveluri acceptabile, se poate forma protoxid de azot (N2O), un gaz de 270 de ori mai puternic în producerea de gaze cu efect de seră decât CO2. Cu toate acestea, amoniacul este o alegere inteligentă pentru protecția mediului. În plus, acesta poate fi produs folosind surse de energie regenerabilă - hidro, solară și eoliană (așa-numitul amoniac „verde”, unde hidrogenul este extras din apă prin electroliză 2H2O → 2H2 + O2, care necesită energie, iar azotul este extras din aer).

Producția de amoniac „verde”
Totuși, manipularea în siguranță a amoniacului pe nave va necesita instalarea unor echipamente de siguranță complexe și costisitoare (detectoare, robinete de închidere pentru izolarea scurgerilor, sisteme de alimentare cu combustibil cu pereți dubli etc.), echipamente de alimentare cu combustibil special concepute etc.
Densitatea energetică pe unitatea de volum a amoniacului (12,7 MJ/L) este mai mică decât cea a motorinei (35 MJ/L). Transportul aceleiași cantități de energie ca și motorina ar necesita un volum de aproximativ 2,8 ori mai mare dacă rezervorul de amoniac ar fi refrigerat. În același timp, combustibilul cu amoniac nu va prezenta probleme semnificative de bunkeraj, deoarece este produs la nivel mondial și transportat prin majoritatea porturilor importante.
La bordul unei nave, amoniacul poate fi stocat în formă lichidă la o presiune de 8,6 bari și o temperatură de 20 °C. Dacă temperatura depășește această valoare, atunci pentru amoniacul nerefrigerat tancuri Se recomandă menținerea unei presiuni de cel puțin 18 bari.
Toți marii producători de motoare diesel, cum ar fi Everllence (fosta MAN Energy Solutions, iar înainte de aceasta MAN Diesel & Turbo), Wärtsilä, Japan Engine Corporation (J-ENG), WinGD (Winterthur Gas & Diesel) etc., lucrează la dezvoltarea (sau conversia motoarelor marine existente) care funcționează cu amoniac.
Până în perioada 2025–2026, societățile de clasificare (de exemplu, DNV, ClassNK, ABS) și-au actualizat regulile, introducând notații specifice privind utilizarea amoniacului drept combustibil pentru motoarele marine. Organizația Maritimă Internațională (OMI) lucrează, de asemenea, la modificări care permit utilizarea mărfurilor toxice drept combustibil, iar liniile sale directoare intermediare (Codul IGF) iau deja în considerare această experiență.
De exemplu, să luăm în considerare caracteristicile de proiectare ale motorului ME-LGIA cu amoniac, în doi timpi și turație redusă, de la Everllence, bazat pe motorul ME-LGIP, deja consacrat. Dezvoltarea motorului a început în 2019, iar testarea pe stand a secțiunii sale monocilindrice a început în iulie 2023, urmată de testarea pe patru cilindri și, începând din februarie 2025, a motorului 7S60ME-C10.5-LGIA-HPSCR (HPSCR — Reducere catalitică selectivă la înaltă presiune pentru conformitatea cu Tier III) cu șapte cilindri.



Secțiunea cu patru cilindri ME-LGIA de la Everllence pe un banc de testare

Un motor 7S60ME-C10.5-LGIA-HPSCR cu șapte cilindri la scară completă pe un banc de testare
În primul trimestru al anului 2026, primul astfel de motor va fi instalat pe un vrachier de 200.000 de tonaje dwt, aflat în construcție la un șantier naval japonez. Până la sfârșitul anului 2026, se așteaptă ca linia ME-LGIA să fie introdusă pe piață cu dimensiunile cilindrilor G50, S50, S60, G60, G70 și G80.
Principala diferență de design dintre motoarele alimentate cu amoniac și cele care funcționează cu combustibili convenționali este sistemul lor de preparare a combustibilului și echipamentul de injecție a combustibilului. Toate motoarele menționate în acest articol utilizează un sistem de injecție directă pentru amoniacul lichid în camera de ardere la presiune ridicată (300–600 bar sau mai mult) la sfârșitul cursei de compresie. Presiunea ridicată de injecție (HPCR) îmbunătățește atomizarea amoniacului, reduce nivelul de amoniac nears (alunecare) și atinge o eficiență termică ridicată. Un sistem common rail este de obicei utilizat pentru a furniza amoniac către injectoare.
Deoarece amoniacul are o temperatură de autoaprindere ridicată (651°C, în timp ce motorina are 225°C), se injectează motorină pentru a iniția arderea acesteia (de obicei aproximativ 5%, amoniacul furnizând restul de 95% din energie). Supapele pilot de combustibil pot fi fie injectoare separate, fie cu două injectoare, unde motorina și amoniacul sunt injectate simultan sau secvențial.

Ciclul de funcționare al unui motor cu amoniac în doi timpi

Sistem pilot de injecție de combustibil și amoniac (injectoare cu combustibil dual) pentru motoarele ME-LGIA de la Everllence

Sistem de injecție cu amoniac pentru motoarele X-DF-A-1.0 de la WinGD
Amoniacul este furnizat pompelor de combustibil de înaltă presiune (HPFP) din rezervorul de alimentare de către pompa de combustibil, prin filtre și un încălzitor, la o presiune de aproximativ 80 bar pentru a preveni fierberea. Având în vedere proprietățile de lubrifiere scăzute ale amoniacului, ansamblurile pistonului HPFP trebuie fabricate din materiale speciale sau trebuie să se utilizeze sisteme de lubrifiere cu aer forțat.
Deoarece amoniacul este foarte toxic, toate conductele au pereți dubli, iar spațiul inelar este purjat constant cu aer dezumidificat. Înainte de întreținere, sistemul este purjat cu azot pentru a îndepărta amoniacul rezidual. Rezervoarele de amoniac au, de asemenea, pereți dubli sau sunt echipate cu carcase de protecție.

Sistemul de alimentare cu amoniac al motorului
Tehnologia SCR este utilizată pentru a îndeplini standardele de emisii de NOx Tier III. Tehnologia SCR este un proces de post-tratare a gazelor de eșapament în care oxizii de azot (NOx) generați în timpul arderii sunt eliminați din gazele de eșapament prin reducere catalitică. De obicei, amoniacul (un agent reducător) poate fi utilizat ca agent catalitic și este injectat în gazele de eșapament. Consumul de amoniac în sistemul SCR este foarte mic în comparație cu consumul de combustibil amoniacal. În timpul reacției catalitice, NH3 și NOx sunt transformate în azot (N2) și apă (H2O): 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O; 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O.

Principiul de funcționare al SCR
Pentru a asigura siguranța echipajului la utilizarea amoniacului, sunt necesare, în special, următoarele:
• Ventilație sporită prin evacuare (până la 30 de schimburi de aer pe oră) în încăperile cu echipamente cu amoniac. Evacuarea aerului trebuie să aibă loc în zone sigure, departe de punctele de admisie a aerului din zonele de locuit.
• În cazul deversării de amoniac (prin supape de siguranță, în timpul lucrărilor de reparații), gazul nu trebuie eliberat direct în atmosferă; acesta trebuie trecut prin sifoane de apă sau epuratoare pentru absorbție.
• Un sistem de detectare-senzor a amoniacului cu mai multe niveluri, capabil să detecteze concentrații de amoniac mult sub limita inferioară de explozie (LEL) și pragul de toxicitate.
• Instalarea obligatorie a sistemelor de irigații cu apă pentru a „precipita” norul de amoniac în cazul unei scurgeri.
• Echipajul trebuie să fie dotat cu costume chimice și aparate de respirat izolante.
• Societățile de clasificare impun instruire specială pentru echipaje (Instruire în manipularea amoniacului), care include exersarea scenariilor de intervenție în caz de deversare de amoniac și abilități de prim ajutor în caz de arsuri chimice și otrăviri.
În septembrie 2025, compania japoneză J-ENG a dezvăluit motorul în doi timpi cu combustibil dual 7UEC50LSJA-HPSCR. Înainte de aceasta, secțiunea sa monocilindrică și motorul la scară completă au finalizat cu succes peste 1700 de ore de funcționare pe platformă folosind atât amoniac, cât și păcură grea (HFO). O navă echipată cu acest motor este programată pentru operare comercială în 2026.

7UEC50LSJA-HPSCR
Din 2024, WinGD oferă o gamă de motoare diesel X-DF-A-1.0 cu 5-9 cilindri, în doi timpi, cu combustibil dual, proiectate să funcționeze cu amoniac, dar capabile să funcționeze și cu HFO, MDO și MGO. Cu diametre ale cilindrilor de 520-820 mm, turații de 79-105 rpm și o presiune medie efectivă de 21-22 bar, acestea produc puteri cuprinse între 5100 și 49500 kW.
În ianuarie 2026, testele de acceptare în fabrică ale motorului WinGD X52DF-A-1.0 au fost finalizate la uzina Hyundai Heavy Industries din Coreea de Sud. Acest motor va fi instalat pe un camion GPL/amoniac de 46,000 m³.

X52DF-A-1.0 de la WinGD pe o bancă de testare

Motoare din seria X-DF-A-1.0
În toamna anului 2024, compania sud-coreeană Hyundai Heavy Industries a finalizat testele pe stand ale motorului diesel H22CDF-LA, cu combustibil dual, de viteză medie, în patru timpi, proiectat să funcționeze cu amoniac. Aceste motoare cu 6-9 cilindri pot produce o putere de la 1440 la 2160 kW la 900-1000 rpm, fiind dezvoltate unități cu puteri de până la 5,4 MW. Un sistem SCR este utilizat pentru a reduce emisiile de NOx și amoniac nears.

Tip motor H22CDF-LA
În 2024, Wärtsilä a introdus modelul Wärtsilä 25, un motor diesel în patru timpi cu combustibil dual, capabil să funcționeze cu amoniac. Acesta poate fi utilizat ca motor principal pe nave mici sau pentru a acționa generatoare electrice. Acest motor în linie de viteză medie este disponibil cu 6 până la 9 cilindri și produce o putere de la 1,7 la 3,4 MW. Motorul este furnizat cu sistemul Wärtsilä NOx Reducer (NOR) pentru a îndeplini cerințele IMO Tier II și III.

Motor Wärtsilä 25
Prima navă care va fi propulsată de acest motor va fi Viking Energy, o navă platformă de aprovizionare (PSV) deținută de compania norvegiană Eidesvik Offshore. Conversia acestei PSV de 95 de metri, construită în 2003, este programată să înceapă în această primăvară și să fie finalizată în toamna anului 2026.
Documentația de proiectare a primit deja aprobarea preliminară din partea Autorității Maritime Norvegiene. În plus, societatea de clasificare DNV a emis aprobarea de principiu pentru proiectul navei alimentate cu amoniac.
Informații