Τεχνικές περιστολής εκπομπών αερίων ρύπων ναυτικών κινητήρων και οικονομική αξιολόγηση αυτών

Abstract

Η ανάγκη περιορισμού των αερίων ρύπων από τους ναυτικούς κινητήρες έχει διαφανεί μόλις τα τελευταία χρόνια λόγω της ραγδαίας ανάπτυξης του θαλάσσιου εμπορίου και των θαλάσσιων μεταφορών. Τα μεγάλα εμπορικά και επιβατηγά πλοία, πλέον θεωρούνται υπεύθυνα για την αύξηση των επίπέδων ρύπανσης στα λιμάνια και τις παράκτιες περιοχές γεγονός που ανάγκασε τις αρμόδιες αρχές να λάβουν μέτρα για τον έλεγχο των ρύπων αυτών. Σήμερα, όλα τα πλοία ανεξαρτήτου μεγέθους, υπόκεινται σε περιορισμούς ως προς τις συγκεντρώσεις οξειδίων του αζώτου και οξειδίων του θείου που μπορούν να παράγουν τόσο από τις κύριες όσο και από τις βοηθητικές μηχανές που φέρουν από την διεθνή οργάνωση International Maritime Organization (IMO) αλλά και τους κανονισμούς της αμερικανικής υπηρεσίας Environmental Protection Agency (EPA). Επιπλέον, υπάρχουν περιορισμοί για το επιτρεπόμενο ποσοστό θείου στα καύσιμα. Η συμμόρφωση των πλοίων με τα παραπάνω όρια είνια δυνατή μέσω μιας ευρείας ποικιλίας τεχνικών, πρωτευουσών και δευτερευουσών. Κάθε τεχνική φέρει έναν αριθμό πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων καθώς και διαφορετικό κόστος και βαθμό αποτελεσματικότητας. Όσον αφορα τα οξείδια του θείου, οι διαθέσιμοι τρόποι μείωσης των συγκεντρώσεων αυτών στα καυσαέρια είναι δύο. Είτε η χρήση καυσίμων με μικρό ποσοστό θείου στις περιοχές αυξημένου ελέγχου (ECA) και η εναλλαγή τους με τα κοινά καυσίμα εκτός αυτών, είτε η χρήση της μεθόδου απόπλυσης των καυσαερίων με νερό (Exhaust Gas Scrubber). Οι δύο τεχνικές επιτυγχάνουν σημαντική μείωση των SOx στα καυσαέρια αλλά περιλαμβάνουν διαφορετικό λειτουργικό κόστος και κόστος επένδυσης. Στην περίπτωση των οξειδίων του αζώτου, οι διαθέσιμες τεχνικές περιστολής είναι περισσότερες και διακρίνονται επίσης σε πρωτεύουσες και δευτερεύουσες. Οι πρωτεύσουσες τεχνικές είναι οι εξής: slide valves, κύκλος Miller, μεταβολή του βαθμού συμπίεσης, βραδυπορεία έγχυσης, ανακυκλοφορία των καυσαερίων (EGR), έγχυση νερού (απευθείας έγχυση νερού, σύστημα CASS, σύστημα HAM), σύστημα common rail. Η πιο γνωστή δευτερεύουσα τεχνική είναι το σύστημα καταλυτικής μείωσης (SCR). Οι παραπάνω τεχνικές έχουν διαφορετικό βαθμό αποτελεσματικότητας και κόστος. Όσον αφορά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, αυτές εξαρτώνται άμεσα από την ποσότητα καυσίμου που καταναλώνεται και επομένως η μείωση τους είναι δυνατή μέσω τεχνικών μείωσης της κατανάλωσης καυσίμου όπως η μείωση της ταχύτητας πλεύσης του πλοίου και η βελτιστοποίηση του σχεδιασμου του καθώς και οι εσωτερικές τροποποιήσεις των μηχανών του.

Emissions from shipping remained uncontrolled until very recently when the oceangoing ships and large vessels were identified as the main source of air pollution on port areas and coasts and international organizations were forced to take action. Nowadays, most vessels types are subjected to emission regulations by the International Maritime Organization (IMO) and the Environmental Protection Agency (EPA). These regulations apply limitations to NOx emissions from main and auxiliary engines and set the sulfur content of the fuel used. The compliance with the above limitations is possible via a wide range of primary and secondary technologies. SOx emissions are completely dependent upon the sulfur content of the fuel used. Thus, the primary method of SOx reduction is achieved by operation on low-sulfur fuel in Emission Controled Areas (ECA) and switching to common fuel during the operation out of them. Additionally, there are secondary, after-treatment techniques such as the use of Exhasut Gas Scrubber. While both methods successfully reduce an important amount of SOx concentrations, they also involve additional operating cost. The control of NOx emissions include a range of primary and seconday techniques. The primary techniques involve applying a series of internal measures such as slide valves, delayed injection timing, Miller cycle, increased compression ratio, common rail system, exhasut gas recirculation, and water injection (DWI, CASS, HAM). Furthermore, there are secondary techniques such as SCR after-treatment (Selective Catalytic Reduction). This technique manages an important reduction in NOx emissions compared to the rest of primary techniques but it involves a larger investment cost. On the other hand, the primary techniques that concern the adaptation of engine processes have proven to be more cost efficient while also provide acceptable emission reduction. Finally, CO2 emissions are related with the quantity of fuel consumed so a potential CO2 reduction is accomplished through a series of measures that reduce fuel consumption such as hull improvements, speed reduction and internal engine modifications. However, the absence of regulations concerning CO2 emissions from shipping leaves vessels unsupervised and the use of the above measures optional.