Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Экология

Экологические проблемы судовых силовых установок

  • Какие существуют ограничения содержания серы в применяемом на судах топливе?
  • Как уменьшить эмиссию морских судов в окружающую среду?
  • Как снизить токсичность газовых выбросов судовыми энергетическими установками?

Энергетические установки, имеющиеся на судах, обеспечивают их движение, работу отдельных узлов, жизнедеятельность экипажа и пассажиров. Функционирование таких установок оказывает влияние на окружающую среду и обладает своими специфическими особенностями. Не случайно защита окружающей среды и климата от выбросов морских судов играет все большую роль, так как растущее судоходное сообщение сопровождается увеличением загрязнения окружающей среды и негативным влиянием на климат и экологию.

ВАЖНО!
Основным судовым источником загрязнения окружающей среды является энергетическая установка. На ее долю приходится около 60–80 % всех токсичных отходов: нефтесодержащие воды и выбросы отработанных газов дизельных двигателей.
ИНФОРМАЦИЯ
Обычная доля горюче-смазочных материалов в нефтесодержащих водах составляет 200–500 г/м3. Она зависит от состояния оборудования, культуры его обслуживания и ремонта.

Возникающие при этом отработанные газы и сточные воды загрязняют атмосферу и водную среду оксидами азота, серы и их частичками. С недавних пор в центре внимания находится опасное влияние вторичной эмиссии диоксида углерода на морскую окружающую среду, так как возможное закисление морской воды в результате повышенного содержания СО2 в атмосфере может привести к снижению значения рН и воздействию на биологические структуры карбоната кальция.

Загрязнению воздуха отработанными газами энергетическим оборудованием уделяется особое внимание.

На судоходство приходится:

  • 5 % всей мировой антропогенной эмиссии оксидов азота;
  • 13 % выбросов диоксида серы, прежде всего из-за тяжелого высоковязкого мазута, используемого в качестве топлива.

Мазут нагревают до температуры 100–140 ºС, чтобы получить необходимую вязкость для впрыска. Этот остаток переработки нефти, как правило, отличается высоким содержанием серы (2,5 %), что приводит к значительной доли диоксида серы в отработанном газе.

Установлено, что в газовых выбросах дизельных двигателей содержится более 200 компонентов, причем из них 99–99,9 % составляют азот, кислород, диоксид углерода и вода. Оставшиеся 0,1–1 % относятся к токсичным компонентам.

ВНИМАНИЕ!
Эмиссия оксидов азота, монооксида углерода и летучих органических соединений способствует возникновению озона, который, несмотря на малую продолжительность жизни, располагает более высоким специфическим потенциалом нагрева Земли по сравнению с диоксидом углерода.

Специфическое потребление энергии морскими судами составляет 5–10 г/т•км. Это значительно меньше по сравнению с другими видами транспорта (у транспортного самолета оно равно 400–600 г/т•км). Они едут медленнее и потребляют значительно меньше топлива, что обуславливает относительно небольшое загрязнение окружающей среды диоксидом углерода. Его эмиссия при работе двигателя внутреннего сгорания с фактором 3 пропорционально потреблению топлива. Эмиссия оксидов азота и диоксида серы зависит от процесса сгорания и, соответственно, от содержания серы в топливе и его вида.

С 2000 г. эмиссия оксидов азота регулируется стандартом Международной морской организации, поэтому строители судов разрабатывают различные способы совершенствования двигателей для них и внутри моторного сгорания за счет добавления воды и катализаторов. В 2001 г. потребление топлива международным водным транспортом составило 282 млн т, а эмиссия оксидов азота – 23,5 млн т. С тех пор загрязнение окружающей среды продолжает увеличиваться. В настоящее время выбросы вредного для климата диоксида углерода достигли 1,2 млрд т (5 % от мировой эмиссии). Столько его выбрасывают в атмосферу Япония или Индия. Кроме того, судовые двигатели выделяют 37 млн т оксидов азота и 20 млн т ядовитого диоксида серы.

ВАЖНО!
Сделан прогноз, в соответствии с которым эмиссия оксидов серы морским транспортом до 2020 г. превысит их выбросы из всех расположенных на берегу источников в Европейском сообществе.

Международная морская организация установила пределы содержания серы в применяемом на судах топливе:

  • с 2012 г. — 35 000 частей на 1 млн;
  • с 2020 г. — 5000 частей на 1 млн (для сравнения в дизельном топливе для автомобилей оно равно 10 частей на 1 млн).

Усилия по уменьшению эмиссии морскими судами направлены на:

  • уменьшение потребления традиционных видов топлива за счет оптимизации конструкции судов и двигателей;
  • применение альтернативного топлива (природный газ) и дополнительных приводов (парус). Здесь необходимо обратить особое внимание на ротор Флеттнера, представляющий собой вертикальный цилиндр, устанавливаемый на палубе, который с помощью ветра обеспечивает движение судна и позволяет экономить 30–50 % топлива. Другим решением является размещаемая между водой и судном воздушная подушка, снижающая расход топлива на 15 %;
  • оптимизацию использования судов для уменьшения специфической эмиссии в расчете на единицу транспортной мощности.

Снизить токсичность газовых выбросов судовыми энергетическими установками можно за счет:

  1. Предварительной очистки топлива от соединений серы, но это дорогостоящее мероприятие.
  2. Подготовки топлива, регулировки работы котлов (сжигание при малом избытке воздуха, двухступенчатое сжигание, рециркуляция газов), изменения параметров применяемого оборудования.
  3. Замены топлива на более легкое с меньшим содержанием токсичных веществ при входе судна в прибрежную зону. В таком режиме уже работают дизельные двигатели фирмы Wartsila (Финляндия).
  4. Очистки выхлопных газов перед выбросом с помощью технологий, отработанных на береговых установках.

Для очистки дымовых газов предлагаются сухие и мокрые методы на основе сорбентов (активированный уголь, силикагели, синтетические смолы). Мокрые методы более эффективны и требуют меньших расходов.

Остатки нефтепродуктов возникают на судах преимущественно при очистке мазута. 1 % его (во всем мире 2,8 млн т) остается после сепарации и фильтрации в виде масляного шлама. Он также возникает при очистке смазочных масел и регенерации трюмной воды.

Суммарный объем этих отходов для всех судов составляет 1–1,5 тыс. т/год.

ВАЖНО!
Использование отходов сепарации в качестве добавки к топливу не получило признания, так как потребовало очистки котлов от сажи, снижения их токсичности и немалых расходов. Поэтому эти отходы вместе с отработанным маслом собирают в отстойник. Их целесообразно оставлять в порту для регенерации при наличии соответствующей инфраструктуры. При этом необходимость расходов на утилизацию является причиной нелегального их сброса в море.

Для обработки сточных вод судостроительная промышленность разработала компактные биологические установки. Они установлены почти на всех судах. Для защиты моря в наиболее чувствительных регионах (полярные области) на судах используется высокоэффективная мембранная технология.


КОНКРЕТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВ

►1 Большая часть кораблей, плавающих в Северном море, перестроилось на содержащее мало серы топливо. Они берут его в плавание наряду с мазутом, так как с 2010 г. в портах Европейского сообщества установлены низкие предельные значения для содержания вредных веществ в выхлопах и сточных водах. А отдельные из них оснащены установками для очистки отработанных газов. Это оказалось эффективным, прежде всего для грузовых судов, которые преимущественно или исключительно плавают в Северном и Балтийском морях либо у побережья Северной Америки. А также для пассажирских лайнеров, которые с целью обеспечения привлекательного имиджа очищают возникающие у них отработанные газы.

►2 Другим способом является использование так называемого сухого скруббера, в котором отработанный газ пропускается через гранулы извести, связывающие серу. В верхней части этой емкости бункер пополняется свежей известью, а в нижней гипс выводится во второй бункер. Это устройство отличается компактностью и устанавливается на палубе рядом с ходовым мостиком. Когда бункер с известью опустошается и бункер с гипсом заполнен, то на причал доставляют цистерну с новым реагентом. С помощью сжатого воздуха гранулы извести перемещаются в запасную емкость и затем выгружают содержащий серу гипс. Процесс очистки можно сравнить с удалением серы из дымовых газов на электростанциях, промышленных установках и установках для сжигания серы.

►3 В открытых системах в отработанные газы впрыскивают морскую воду. Затем кислые сточные воды нейтрализуют и отделяют маслоподобные твердые вещества, прежде чем слить в море. Для этих сбросов Международная морская организация установила значение рН не менее 6,5. Другие ее предписания по сохранению окружающей среды ограничивают содержание различных вредных веществ, нитратов, моющих добавок и мутность от взвешенных веществ. Осадки, образующиеся в процессе очистки, остаются на борту и утилизируются на берегу.

►4 Еще одним важным направлением в решении экологических проблем на море является строительство судов, плавающих без отходов. В настоящее время уже 12 работающих от аккумуляторов катеров и судов, которые сконструированы для плавания вблизи побережья или внутри страны в Норвегии, Бельгии и Нидерландах, скоро отправятся в первый рейс, частично даже автономно. Нигде эта тенденция так не выражена, как в Норвегии. Правительство этой страны намерено до 2030 г. перевести на электрическую тягу 2/3 всех катеров и судов, которые перевозят пассажиров и автомобили.

ИНФОРМАЦИЯ
Группа верфей Hayyard с 2013 г. получила 13 заказов на строительство судов без эмиссии. Но пока это капля в море, так как для уменьшения загрязнения окружающей среды требуется переоборудовать 50 000 торговых судов.

В 2018 г. во всем мире использовалось 185 работающих на батареях судов, преимущественно в Норвегии и Франции. До 2021 г. будет пущено в эксплуатацию в Норвегии 60 работающих на батареи кораблей и судов с гибридным приводом. К таким относится построенное из легкого алюминия судно Ampre, оснащенное литиевыми аккумуляторами общим весом 10 т. Оно способно перевозить 350 пассажиров и 120 автомобилей и плавает с меньшей вибрацией, гораздо тише по сравнению с судами с дизельными двигателями.

►5 Эмиссия круизного лайнера в течение одного дня соответствует выбросам 5 млн автомобилей. Поэтому ведется поиск альтернатив небезупречному с точки зрения экологии мазуту. К ней относится сжиженный газ, который уменьшает эмиссию на 90 %. Для перевода на этот вид топлива всех судов потребуется несколько десятилетий. Главным препятствием является переоборудование судов и инфраструктуры портов. Только некоторые из них располагают заправкой сжиженным газом. Это переоборудование потребует очень больших финансовых расходов. Кроме того, этот вид топлива дороже мазута.

Первое круизное судно, работающее на сжиженном газе отправилось в плавание в начале декабря 2018 г Но с точки зрения защитников природы газовые двигатели не являются совместимым с окружающей средой решением. Но оно должно стать мостом к декарбонизации мобильности на море.


Дополнительные экологические проблемы судоходства

1. Забор балластной воды часто связан с поглощением морских организмов, живущих в соответствующих акваториях, которые обнаруживают в следующем порту погрузки при определенных обстоятельствах благоприятные условия для жизни и негативно влияют на содержащиеся в нем сообщества морских организмов.

ВАЖНО!
В феврале 2004 г. Международная морская организация утвердила соглашение о балластной воде для обеспечения контроля ее забора и слива. В соответствии с этим документом вода должна обрабатываться специальными системами до слива в море, если соответствует требованиям стандарта.

2. При разборке судов на лом возникают значительные риски для окружающей среды и здоровья. Шумовое излучение негативно влияет на моряков, население, проживающее рядом с портом, и морских млекопитающих. Слив остатков масла (порой нелегальный) или других опасных жидких веществ, утилизация мусора в море и неконтролируемое загрязнение судовыми отходами также являются причинами нанесения ущерба окружающей среде.

Автор: Александр Яковлевич Макаров, кандидат социологических наук, менеджер по стратегическому планированию, OMD.

Источник: «Журнал главного инженера», №5, 2019 (статья в полном объеме)

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку