Ανάλυση κύκλου ζωής της μεταλλικής κατασκευής του πλοίου

Abstract

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία μελετήθηκαν οι αέριες εκπομπές στον κύκλο ζωής της μεταλλικής κατασκευής του πλοίου, ο οποίος περιλαμβάνει την κατασκευή, τη λειτουργία, τη συντήρηση και την ανακύκλωση του συστήματος της γάστρας και των υπερκατασκευών του. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη είναι η Ανάλυση Κύκλου Ζωής (Life Cycle Assessment, LCA), η οποία είναι τυποποιημένη σύμφωνα με το πρότυπο ISO 14040-44. Η εφαρμογή έγινε σε πλοίο tanker 74296 tons DWT. Οι εκπομπές που αναλύθηκαν είναι οι εξής: CO2, CO, CH4, NOX, PM, SO2, SO, VOC και NMVOC και επιλέχθηκαν με κριτήριο την σημαντικότητα τους στο εξεταζόμενο σύστημα. Τα δεδομένα εισαγωγής προήλθαν από διάφορες βιβλιογραφικές πηγές και από την ανάπτυξη αλγορίθμων που προσεγγίζουν τις εκπομπές σε σημαντικές διεργασίες του συστήματος. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα παρασκηνίου (background data) από τη βάση δεδομένων του προγράμματος SimaPro® που είναι από τα πλέον διαδεδομένα λογισμικά για την LCA. Στο επόμενο στάδιο μελετήθηκε η Αποτίμηση των Επιπτώσεων του Κύκλου Ζωής (Life Cycle Impact Assessment, LCIΑ) για τις αέριες εκπομπές του πλοίου. Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές μέθοδοι αποτίμησης (Eco Indicator 99 και ReCiPe), οι οποίες μετατρέπουν τις εκπομπές που παράγονται από τη συνολική διάρκεια ζωής της μεταλλικής κατασκευής του πλοίου σε επιπτώσεις στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. Τέλος πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας για τις εκλυόμενες αέριες εκπομπές από συγκεκριμένες σημαντικές διαδικασίες του κύκλου ζωής (συγκόλληση, κοπή και βαφή). Η ανάλυση κατέδειξε ότι οι περισσότερες εκπομπές παράγονται στη φάση της κατασκευής του πλοίου και πιο συγκεκριμένα στη διαδικασία της παραγωγής του χάλυβα (εκπομπές CO2, NOX και SO2). Η παραγωγή του χάλυβα θεωρείται η σημαντικότερη διεργασία του συστήματος της μεταλλικής κατασκευής στην παραγωγή αερίων εκπομπών και ακολουθεί η γενική διεργασία βαφής του χάλυβα η οποία υπερτερεί αισθητά στην παραγωγή εκπομπών VOC. Όσον αφορά στο στάδιο της αποτίμησης των επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία ξεχωρίζουν στη μέθοδο ReCiPe η κλιματική αλλαγή και ο σχηματισμός μικροσωματιδίων και αντίστοιχα στη μέθοδο Eco Indicator 99 οι ανόργανες αναπνεύσιμες ουσίες και λιγότερο η κλιματική αλλαγή. Η μεθοδολογία LCA είναι εφικτό να εφαρμοστεί στην αποτίμηση της συνολικής περιβαλλοντικής επίπτωσης στον κύκλο ζωής του πλοίου, είναι όμως αρκετά χρονοβόρα και απαιτείται απλοποίηση και αρκετά λεπτομερής ανάλυση του συστήματος, ώστε να διευκολυνθεί η διαδικασία. Επιπλέον βοηθητική θα ήταν η δημιουργία μίας βάσης δεδομένων για διεργασίες σχετικές με διάφορους τύπους πλοίων που θα καθιστούσε τη μεθοδολογία πιο ασφαλή και γρήγορη για εφαρμογή σε πλοία.

The present study has analysed the air emissions of a tanker ship hull and superstructure from a life cycle perspective. The life cycle of the ship is essentially detailed in the following stages: construction, operation, maintenance and recycling. The method used for this analysis is the Life Cycle Assessment (LCA), which is a well known methodology, standardised through ISO (ISO 14040-44). The studied ship is a Panamax type tanker with a 74,296 tons of dwt and the emissions analyzed are: CO2, CO, CH4, NOX, PM, SO2, SO, VOC and NMVOC. The study has developed techniques for modelling the important processes in terms of emissions in all life cycle stages. For this purpose, a large amount of data from the literature has been used in combination with unique algorithms which have been explicitly developed in this study to compute the emissions produced in the identified processes. Input data from various literature sources have been integrated in the modelling process. A large amount of data originated from the SimaPro® software database, which is a widely used software for LCA applications.. The study has also analysed the impact of ship emissions by following the method of the Life Cycle Impact Assessment (LCIA) which is incorporated in the LCA. Two LCIA methods have been used for this purpose: the Eco Indicator 99 and the ReCiPe which convert the emissions to impacts on the environment and humans. Finally, in order to evaluate the importance of specific parameters to the results a sensitivity analysis has been applied for the processes of welding, cutting and painting. The largest amount of emissions is generated in the construction phase and more specifically in the process of steel production which makes this process the most important for the hull system followed by the painting of steel (which leads to a significant amount of VOC emissions). The most severe effects on human health, according to ReCiPe, come from the climate change and the particulate matter formation. According to EcoIndicator 99 the most important impact category on human health is respiratory inorganic. A generic conclusion from this study is that the LCA methodology may be applied to estimate the environmental impact of the lifecycle of the ship, but it is quite time consuming and requires simplification and an adequate break-down of the ship system to facilitate the analysis. An essential feature for future ship LCA applications would be the creation of a specific life cycle inventory for major shipping processes similar to those already exist for other industrial processes and may be found within the relevant LCA software. This would make the LCA methodology more safe and easy for use in the shipping sector.