Utilizarea combustibililor alternativi pe nave. Aspecte de mediu ale utilizării combustibililor alternativi pe navele maritime și fluviale. Gaze naturale lichefiate
© Tishinskaya Yu.V., 2014
Relevanța acestui subiect este determinată de faptul că o navă necesită o cantitate mare de combustibil pentru funcționarea sa, ceea ce are un efect negativ asupra mediului, deoarece navele mari de marfă emit anual milioane de metri cubi de dioxid de carbon în atmosferă, provocând daune enorme aduse atmosferei și grăbirea topirii ghețarilor de la poli. De asemenea, din cauza prețurilor instabile la produsele petroliere și a rezervelor limitate ale acestor minerale, inginerii caută în mod constant combustibili alternativi și surse de energie.
Transportul maritim global este o sursă majoră de poluare a mediului, deoarece comerțul global necesită cantități uriașe de petrol și alte materiale combustibile pentru navele maritime, dar pe măsură ce se acordă mai multă atenție reducerii emisiilor de CO2, este clar că a sosit momentul să se facă modificări la propulsie. sisteme sau găsiți unul nou pentru ele.
În prezent, într-o singură țară, consumul de carburanți pentru motor produs din petrol poate ajunge la sute de milioane de tone. Totodată, transportul rutier și maritim se numără printre principalii consumatori de produse petroliere și vor rămâne principalii consumatori de carburanți pentru perioada până în 2040-2050.
De asemenea, un impuls semnificativ pentru dezvoltarea acestei probleme este faptul că, în conformitate cu cerințele Convenției internaționale pentru prevenirea poluării de către nave, există o înăsprire sistematică a cerințelor privind conținutul de oxizi de sulf, azot și carbon, precum și particulele din emisiile de la navele maritime. Aceste substanțe provoacă daune enorme mediului și sunt străine de orice parte a biosferei.
Cele mai stricte cerințe sunt prezentate pentru zonele de control al emisiilor (ECA). Anume:
· Marea Baltică și Marea Nordului
· apele de coastă ale SUA și Canada
· Marea Caraibelor
Marea Mediterană
· coasta Japoniei
· Strâmtoarea Malacca etc.
Astfel, modificările standardelor pentru emisiile de oxizi de sulf de la navele marine în 2012 sunt de 0%, respectiv 3,5% în zone speciale și, respectiv, la nivel mondial. Și până în 2020, standardele pentru emisiile de oxid de sulf de la navele maritime din aceste zone vor fi în mod similar 0%, iar la nivel mondial vor scădea deja la 0,5%. Acest lucru implică necesitatea de a rezolva problema reducerii emisiilor chimice de substanțe nocive în atmosferă de la centralele electrice ale navelor și de a căuta noi tipuri de combustibil sau energie mai „prietenoase” pentru utilizarea pe nave.
Pentru a rezolva aceste probleme, se propune introducerea de inovații în două direcții diferite:
1) Utilizarea de noi tipuri de combustibili, mai ecologice și mai economice atunci când exploatează nave;
2) Refuzul de la combustibilul nostru obișnuit în favoarea utilizării energiei soarelui, apei și vântului.
Să luăm în considerare prima cale. Principalele tipuri de combustibili alternativi sunt următoarele:
Biodieselul este un combustibil organic produs din culturi de semințe oleaginoase.
Prețul biodieselului de marcă este de aproximativ două ori mai mare decât prețul motorinei obișnuite. Studiile efectuate în 2001/2002 în SUA au arătat că atunci când combustibilul conține 20% biodiesel, conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament crește cu 11% și doar utilizarea biodieselului pur reduce emisiile cu 50%;
Alcoolii sunt compuși organici care conțin una sau mai multe grupări hidroxil legate direct la un atom de carbon. Alcoolurile sunt interzise ca combustibili cu punct de aprindere scăzut;
Hidrogenul este singurul tip de combustibil al cărui produs de ardere nu este dioxidul de carbon;
Este utilizat în motoarele cu ardere internă în formă pură sau ca aditiv la combustibilul lichid. Pericolul depozitării lui pe o navă și echipamentul scump pentru o astfel de utilizare fac acest tip de combustibil complet nu promitatoare pentru nave;
Emulsia apă-combustibil este produsă pe navă într-o instalație specială - aceasta economisește combustibil, reduce emisiile de oxid de azot (până la 30% în funcție de conținutul de apă din emulsie), dar nu are un efect semnificativ asupra emisiilor de oxid de sulf;
Gazele combustibile lichefiate și comprimate fac posibilă eliminarea completă a emisiilor de sulf și particule în atmosferă, reducerea radicală a emisiilor de oxizi de azot cu 80% și reducerea semnificativă a emisiilor de dioxid de carbon cu 30%.
Astfel, se poate argumenta că singurul tip nou de combustibil, a cărui utilizare afectează semnificativ performanța de mediu a motoarelor navelor, este gaz natural.
Să trecem la a doua cale. Vântul și soarele sunt cele mai comune surse de energie de pe pământ. Multe organizații oferă tot felul de proiecte pentru a le implementa în viața de zi cu zi.
În practica internațională, există deja câteva proiecte implementate și încă neimplementate de nave care utilizează energia eoliană și solară pentru navigația lor.
În efortul de a reduce consumul de combustibil pe marile nave comerciale din oceanele lumii, un grup de la Universitatea din Tokyo a dezvoltat proiectul „Wild Challenger”.
Folosind pânze retractabile gigantice care măsoară 50 de metri înălțime și 20 de metri lățime, consumul anual de combustibil poate fi redus cu aproape 30 la sută. Pentru o tracțiune maximă, pânzele sunt controlate individual și fiecare velă este telescopică cu cinci niveluri, permițându-le să fie depozitate atunci când vremea se întoarce nefavorabilă. Pânzele sunt goale și curbate, realizate din aluminiu sau plastic armat, făcându-le mai asemănătoare aripilor. Simulările pe computer, precum și testele în tunelul de vânt, au arătat că conceptul poate funcționa chiar și în vânt transversal. Astfel, proiectul „Wind Challenger” poate deveni cu adevărat dezvoltarea navelor eficiente din punct de vedere al combustibilului ale viitoarei generații.
Compania „Eco Marine Power” a dezvoltat un proiect „ Vărsător", care înseamnă "Văsător". O caracteristică specială a acestui proiect este utilizarea panourilor solare ca velă.
Astfel de pânze și-au primit chiar propriul nume „vela rigidă”. Acestea vor deveni parte a unui proiect amplu care va permite navelor maritime să utilizeze cu ușurință surse alternative de energie în timp ce se află pe mare, în rada și în port. Fiecare panou de vele își va schimba automat poziția utilizând controlul computerizat, care este dezvoltat de o companie japoneză. KEI System Pty Ltd" Panourile pot fi îndepărtate și în condiții meteorologice nefavorabile.
Cele mai recente progrese în tehnologia solară înseamnă că acum poate fi utilizată o combinație de panouri solare și pânze, plasând acest proiect în fruntea dezvoltărilor moderne în domeniul construcțiilor navale.
sistem" Vărsător» este proiectat în așa fel încât să nu necesite multă atenție din partea echipajului navei și este relativ ușor de instalat. Materialele din care sunt fabricate vela rigidă și alte componente ale sistemului sunt reciclate.
sistem" Vărsător» va deveni atractiv pentru investiții de către companiile de transport maritim și operatorii de nave datorită rambursării rapide a proiectului.
Putem concluziona că ambele moduri sunt concepute pentru a rezolva aceleași probleme. Implementarea acestor proiecte are un impact semnificativ asupra transportului maritim global, contribuind la o reducere semnificativă a poluării mediului și la reducerea costurilor cu combustibilul și întreținerea. Ce să alegeți este treaba tuturor. O modalitate mai ușoară de implementare este utilizarea combustibilului economic, deoarece această tehnologie nu necesită o înlocuire completă a flotei, dar poate fi utilizată pe navele existente, dar menține totuși un anumit nivel al costurilor cu combustibilul și al emisiilor de substanțe nocive în atmosferă. . Alegerea de a construi nave care utilizează surse alternative de energie în exploatarea lor, pe de o parte, necesită o înlocuire completă a flotei, dar, pe de altă parte, elimină costurile cu combustibilul și reduce semnificativ diferitele tipuri de poluare a mediului.
Literatură
1. Sokirkin V.A. Dreptul maritim internațional: manual / Sokirkin V.A.,
Shitarev V.S. – M: Relații internaționale, 2009. – 384 p.
2. Shurpyak V.K. Aplicarea unor tipuri alternative de energie și alternative
combustibili pe nave maritime [Resursă electronică]. - Mod de acces la documente:
http://www.korabel.ru/filemanager
3. Navele viitorului [resursă electronică]. – Mod de acces la documente:
http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526
4. Sunt posibile nave economice [resursă electronică]. – Mod de acces
document: http://korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-
5. Sistemul alternativ Aquarius ar putea schimba transportul
[resursa electronica]. – Mod de acces la documente: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html
Inițiativele internaționale de reducere a dioxidului de carbon (CO2) și a altor emisii nocive de la nave stimulează căutarea de surse alternative de energie.
În special, raportul societății de clasificare DNV GL examinează utilizarea pilelor de combustie, a turbinelor cu gaz și abur împreună cu sistemele de acționare electrică, care pot fi eficiente doar în combinație cu combustibili mai ecologici.
Utilizarea pilelor de combustie pe nave este în prezent în curs de dezvoltare, dar va trece mult timp până când acestea vor putea înlocui motoarele principale. Concepte în această direcție există deja, de exemplu, un feribot de la VINCI Energies. O astfel de navă are o lungime de 35 m. Va putea păstra o încărcătură de energie obținută din surse regenerabile timp de 4 ore. Site-ul companiei spune că o astfel de navă va opera între insula franceză Ouessant și continent începând cu 2020.
Utilizarea bateriilor și a energiei eoliene este, de asemenea, considerată tehnologii inovatoare.
Nava propulsată de vânt, The Vindskip
Sistemele de baterii sunt deja folosite în transport maritim, dar utilizarea tehnologiei pentru navele marine este limitată din cauza eficienței scăzute.
În cele din urmă, utilizarea energiei eoliene, deși nu este nouă, trebuie încă să-și dovedească atractivitatea economică în construcțiile navale moderne.
Reamintim că de la 1 ianuarie 2020, conținutul de sulf (SOx) din combustibil nu trebuie să conțină mai mult de 0,5%, iar emisiile de gaze cu efect de seră ar trebui reduse cu 50% până în 2050, conform ultimei decizii a Organizației Maritime Internaționale ( IMO).
Combustibili alternativi
Combustibilii alternativi luați în considerare în prezent includ gazul natural lichefiat (GNL), gazul petrolier lichefiat (GPL), metanolul, biocombustibilii și hidrogenul.
IMO elaborează în prezent un cod de siguranță (Codul IGF) pentru navele care utilizează gaz sau alți combustibili ecologici. Lucrările continuă în zona metanolului și a combustibililor cu punct de aprindere scăzut.
Un cod IGF nu a fost încă elaborat pentru alte tipuri de combustibil, de care armatorii trebuie să ia în considerare.
Impactul asupra mediului
Potrivit DNV GL, GNL emite cea mai mică cantitate de gaze cu efect de seră (principalele gaze cu efect de seră fiind vaporii de apă, dioxidul de carbon, metanul și ozonul). Cu toate acestea, metanul nears, care este componenta principală a GNL, creează emisii cu emisii de gaze cu efect de seră de 20 de ori mai puternice decât dioxidul de carbon (CO2 - dioxid de carbon).
Cu toate acestea, conform producătorilor de motoare cu combustibil dublu, volumul de metan nears în echipamentele moderne nu este atât de mare, iar utilizarea lor reduce gazele cu efect de seră în transport maritim cu 10-20%.
Amprenta de carbon (cantitatea de gaze cu efect de seră cauzată de activitățile organizaționale și activitățile de transport de mărfuri) din utilizarea metanolului sau hidrogenului este semnificativ mai mare decât cea a utilizării păcură grea (HFO) și a motorinei marine (MGO).
Când se utilizează energie regenerabilă și biocombustibili, amprenta de carbon este mai mică.
Cel mai prietenos combustibil este hidrogenul, produs din energie regenerabilă. Hidrogenul lichid poate fi utilizat în viitor. Cu toate acestea, are o densitate de energie volumetrică destul de scăzută, ceea ce duce la necesitatea creării unor zone mari de depozitare.
În ceea ce privește emisiile de azot, motoarele cu combustie internă cu ciclu Otto alimentate cu GNC sau hidrogen nu necesită echipamente de tratare a gazelor de eșapament pentru a respecta standardul Tier III. În cele mai multe cazuri, motoarele cu combustibil dublu care funcționează pe ciclul diesel nu sunt potrivite pentru a îndeplini standardul.
Nivelul emisiilor de azot la utilizarea diferitelor tipuri de combustibil.
Datorită prezenței mai multor centrale electrice pe o navă mare, de exemplu, motorul principal, un generator diesel pentru generarea de energie electrică, un cazan pentru producerea de apă caldă și abur, combustibilul marin poate fi reprezentat de mai multe tipuri simultan.
În plus, motorul principal al unei nave maritime este adesea alimentat nu de unul, ci de două sau mai multe tipuri de combustibil alternativ. Acest lucru se datorează faptului că în ocean există zone de control special al emisiilor de sulf - Marea Nordului și Marea Baltică, coastele Atlanticului și Pacificului din SUA și Canada.
Când se apropie de ele, motoarele sunt trecute la motorină cu conținut scăzut de sulf. Aceeași tehnică este folosită înainte de efectuarea manevrelor în care este necesară schimbarea frecventă a modurilor de motor. După părăsirea portului, motorina este înlocuită cu păcură, pe care nava parcurge cea mai mare parte a călătoriei.
Transport de combustibili
Principalele tipuri de combustibil pentru nave astăzi sunt:
- motorină;
- combustibili marini de înaltă vâscozitate;
- alte tipuri (KST - componentă a combustibilului marin din condensat de gaz, turbină cu gaz petrolier TG și TGVK, GNL - gaz natural lichefiat etc.)
Motorina și combustibilii cu vâscozitate scăzută sunt clasificați ca produse petroliere ușoare. Ele diferă unele de altele în ceea ce privește costul (SMT este mult mai ieftin), precum și în caracteristicile tehnice.
SMT conține mai mult sulf (de la 0,5 la 1,5% față de 0,01%) și are un număr de cetan mai mic (40 față de 45). Principalul beneficiu la înlocuirea motorinei cu vâscozitate scăzută este că acesta din urmă este ieftin și, de asemenea, că, în absența sulfului, la motorină trebuie adăugați aditivi speciali scumpi pentru a menține proprietățile de lubrifiere.
Tipurile de motorină marină cu vâscozitate ridicată sunt clasificate ca produse petroliere de calitate întunecată. Sunt mai ieftine decât cele ușoare, așa că sunt utilizate pe scară largă pentru transport maritim. Acestea sunt împărțite în ușoare, grele și extragrele. Aceste tipuri includ uleiurile navale F-5 și F-12, uleiurile de încălzire M-40 și M-100, combustibilul marin IFO-30, IFO-180, IFO-380. Sunt produse prin amestecarea produselor petroliere reziduale cu fracțiunile de motorină. Clasele întunecate sunt folosite la motoarele cu viteză mică și medie.
Despre depozitarea și prepararea combustibilului marin
Pentru depozitarea combustibilului pe o navă se folosesc buncăre de combustibil, situate lângă camera mașinilor. O navă mare poate consuma până la 40 de tone de combustibil pe zi, dar combustibilul în exces, cu excepția rezervelor de urgență în caz de furtună, nu este luat în călătorie, deoarece creează balast și reduce sarcina utilă a navei. Balastul include, de asemenea, combustibil mort pe o navă - rămășițele din buncărele de sub conductele de admisie.
Înainte de utilizare, păcurele sunt adesea supuse unor operațiuni speciale de pregătire. Acestea constau din:
- La încălzirea masei de combustibil de păcură rece, care și-a pierdut fluiditatea, prin adăugarea de păcură fierbinte în rezervor. Încălzirea se realizează și în rezervoare echipate cu sisteme speciale de încălzire.
- Curățare prin decantare sau separare în instalații speciale de nave; În timpul acestor procese, murdăria, incluziunile mecanice și apa sunt separate. Combustibilul purificat uzează mai puțin motoarele, așa că unitățile de purificare se plătesc mai mult decât singure.
Astăzi există multe tipuri de motorină și alte tipuri de combustibil pentru nave. Pentru a evita greșelile la cumpărare, încercați să cumpărați combustibili și lubrifianți numai de la furnizori de încredere.
