В результате работы судовых энергетических установок при сгорании судового топлива образующиеся выбросы содержат оксиды углерода, окислы серы и азота, углеводороды, сажу, которые оказывают крайне негативное влияние как на окружающую морскую среду, на атмосферу, так и на здоровье человека и гидробионтов.
С целью уменьшения вредного влияния выбросов с судовых двигателей международным морским законодательством (Международная Конвенция МАРПОЛ 73/78) предусмотрены следующие меры:
— мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности судна;
— определение норм для сокращения выбросов окислов азота;
— определение норм для сокращения выбросов окислов серы.
С 1 января 2020 года, согласно Приложения VI Конвенции МАРПОЛ 73/78, максимальное содержание серы в топливе должно быть не должно превышать 0,5%. Однако, эта мера вызывает и ряд негативных последствий, возникающих при переходе на низкосернистое топливо:
- топливные танки, оборудования для обработки топлива и трубы должны быть осушены и очищены от высокосернистого топлива, чтобы оно не перемешалось;
- некачественная очистка топливных танков может привести как к загрязнению нового низкосернистого топлива, так и к существенным техническим неполадкам в системах судна;
- сжигание дистиллятного топлива может привести к проблемам с топливными насосами из-за низкой вязкости дизеля, что приведет к чрезмерному изнашиванию и образованию царапин;
- необходимость в новом типе смазочного масла;
- необходимость в модернизации топливной системы для предотвращения повышенного износа;
- высокая стоимость топлива.
Поэтому поиск альтернативных способов решения проблемы экологической безопасности является актуальной задачей, имеющей большое практическое значение.
Средства и методы снижения вредного воздействия от отработавших газов приведены на рисунке 1.
В качестве альтернативного топлива можно использовать: сжиженный природный газ (СПГ); сжиженный углеводородный газ (СУГ); водотопливную эмульсию (ВТЭ); метанол; аммиак; водородное топливо; биотопливо. Каждый вид топлива имеет свои достоинства и недостатки (таблица 1).
Рисунок 1. Средства и методы снижения вредных веществ в ОГ судовых дизелей
Таблица 1.
Сравнительная таблица альтернативных видов топлива
|
Вид топлива |
Достоинства |
Недостатки |
|
Сжиженный природный газ (СПГ) |
• снижает выбросы оксида азота на 85-90%; • оксида серы и частиц почти на 100%; • суда на LNG могут сократить чистый выброс парникового газа на 20%. |
• СПГ как топливо прибавит около 15% к стоимости судов; • необходимость добавления сложных баков для горючего и изоляции; • недостаточное количество объектов газозаправочной инфраструктуры сжиженным природным газом; • ограниченные возможности перевода существующего флота из-за конструктивных особенностей, • недостаточное развитие сети сервисных центров по обслуживанию газомоторных транспортных средств; • модернизацию производственной базы и подготовку персонала для эксплуатации транспортных средств на метане |
|
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) |
• Сжиженный природный газ является самым чистым топливом; • СУГ используется в качестве топлива для судов с начала 2000-х годов, поэтому технология уже достаточно отработана; • Кроме того, стоимость СУГ сопоставима с ценой традиционного горючего; • Оборудование для использования СУГ свободно доступно. |
• Топливные баки занимают довольно большое место на судне; • Проблемы бункеровки
|
|
Метанол |
• Исключает необходимость установки сложных криогенных систем удержания; • Достаточно высокий коэффициент снижения выбросов |
• Цетановые числа спиртов очень низкие, с этим связаны серьезные затруднения их применения в дизельных двигателях |
|
Водородное топливо |
• Высокая экологичность; • Простая конструкция; • Отсутствие дорогостоящих систем топливоподачи; • Бесшумность; • Высокий КПД |
• Водородное судно будет стоить в два раза дороже |
|
Биотопливо |
• Мобильность по сравнению с другими альтернативными источниками энергии; • Снижение стоимости; • Адаптация к двигателям и их эксплуатация; • Возобновляемые источники; • Сокращение выбросов парниковых газов; • Малое содержание серы; • Экономическая безопасность для стран, не обладающих большими запасами топлива. |
• Ограничения региональной пригодности; • Продовольственная безопасность; • Конструкция двигателей; • Загрязнение окружающей среды; • Химический состав. |
Проанализировав, можно сделать вывод, что на данный момент в ближайшей перспективе сжиженный природный газ является самым экологичным и доступным альтернативным видом топлива.
Кроме применения альтернативных видов топлива для повышения экологичности судна можно применять и технические решения.
Наиболее широко применяемым на данный момент является скруббер, который используется для улавливания из отводимых газов вредных химических примесей практически любых размеров. Недостатком такого способа газоочистки является образование больших объёмов шлама.
Как бы хорошо скрубберы не очищали выхлопные газы двигателей, их стоимость заставляет искать новые виды энергии, которая смогла бы дать не только экономию, но и отвечать всем экологически нормам. В результате этих поисков появились такие суда как E-Ship 1 (рис. 2) и Auriga Leader.
Рис. 2. Судно «E—Ship», использующее энергия турбопаруса
E-Ship 1 — морское грузовое судно, использующее в качестве вспомогательных движителей турбопаруса – четыре вертикально установленных цилиндра, приводимые в движение от основного гребного вала за счет эффекта Магнуса. Преимуществом применения турбопаруса является:
- Существенное снижение выбросов
- Роторные паруса выполняют вспомогательную функцию – выхлопные газы от работы дизельных двигателей судна вращают турбопаруса, что снижает затраты топлива на 25-30%.
- Турбопарус может продолжать двигать судно даже в том случае, если угол встречного ветра составляет 25%, что просто немыслимо для классического паруса.
- Ротор не требуется сворачивать, как обычный парус, в плохую погоду и он прост в использовании.
Применение на судне солнечных батарей (рис. 3) помогут сэкономить до 6,5 процентов мазута, используемого в дизельных двигателях, которые генерируют электроэнергию на данный момент. Система, как ожидается, поможет сократить выбросы двуокиси углерода на 1-2 процентов, или около 20 тонн в год. В 2008 году, новый автовоз «Auriga Leader», предназначенный для перевозки автомобилей Toyota, оснастили 328 солнечными панелями.
Рис. 3. Солнечные батареи установленные на палубе судна
В данное время проводятся первые в мире испытания солнечных парусов, приводящих в движение морские суда. Технология EnergySails (рис. 4) позволит одновременно использовать солнечную энергию и энергию ветра. Паруса были разработаны японской компанией Eco Marine Power (EMP). Новая разработка также поможет собирать и хранить энергию даже во время стоянки судов. Компания NewAtlas сообщила, что эти паруса — из углеродного волокна или стали — также могут выдержать неблагоприятные погодные условия. Расчеты Eco Marine показывают, что годовая экономия углеводородного топлива при использовании их изобретения может составить до 20%.
Рис.4. Технология жестких парусов «EnergySail»
Выводы: Проблема предотвращения загрязнения атмосферы от отработавших газов судовых двигателей является одной из приоритетных экологических задач современности, над решением которой ведется активная работа современных ученых и производителей судовых устройств. Однако, многие из них пока не имеют дальнейшего развития из-за больших первоначальных капиталовложений, невозможности быстрого массового внедрения и т.д. Поэтому поиск оптимальных путей уменьшения выбросов с судов является актуальной задачей.
Список литературы:
- Судовое топливо будущего. Сравнение и перспективы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://sudostroenie.info/novosti/23327.html
- Проблемы применения альтернативных топлив в судовых энергетических установках. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rusnauka.com/9._EISN_2007/Tecnic/21287.doc.htm
