Ναυτιλία και αέριοι ρύποι

Posted by economia 17/04/2019 0 Comment(s) Οικονομική Επιθεώρηση,

Νομοθεσία και τεχνολογία αντιρρύπανσης

 

Οικονομική Επιθεώρηση, Aπρίλιος 2019, τ. 981

ΝΑΥΤΙΛΙΑ από τους Λεωνίδα Ντζιαχρήστο και Νικόλαο Μουσιόπουλο

 

O Λεωνίδας Ντζιαχρήστος είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής με αντικείμενο την καύση και τον σχηματισμό ρύπων σε κινητήρες.

O Νικόλαος Μουσιόπουλος είναι καθηγητής και διευθυντής του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής και εξειδικεύεται σε θέματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης και κυκλικής οικονομίας.

 

Σε παγκόσμιο επίπεδο, σχεδόν το 90% των εμπορευμάτων διακινείται με πλοία. Παρά τη σχετικά χαμηλή κατανάλωση καυσίμου ανά τόνο-μίλι, οι εκπομπές αερίων και σωματιδιακών ρύπων των εμπορικών πλοίων είναι υψηλές, με αποτέλεσμα να προκύπτουν σοβαρά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε λιμάνια και παράκτιες περιοχές. Φυσικά, το πρόβλημα επιτείνεται και από την κίνηση επιβατικών, οχηματαγωγών και μικρότερων σκαφών. Ενδεικτικά, έχει καταγραφεί ότι σε λιμάνια όπως ο Πειραιάς η κίνηση των πλοίων έχει αναδειχθεί ως ο κύριος ρυπαντής, με ουσιαστική συνεισφορά στις υπερβάσεις ορίων ποιότητας αέρα. Επίσης, οι θαλάσσιες μεταφορές συνεισφέρουν το 2,2% της παγκόσμιας ανθρωπογενούς έκλυσης αερίων θερμοκηπίου.

Η πρόληψη της αέριας ρύπανσης από τα πλοία περιλαμβάνεται στο Παράρτημα VI της σύμβασης MARPOL, που υιοθετήθηκε το 1997 και, με διαδοχικές ανανεώσεις, καλύπτει τη μείωση της εκπομπής οξειδίων του θείου (SOx) και αζώτου (NOx) και σωματιδιακής ύλης από τα πλοία. Από το 2011 το Παράρτημα VI επεκτάθηκε και υιοθέτησε επιχειρησιακά και τεχνολογικά μέτρα για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2), του βασικού αερίου του θερμοκηπίου.

H μείωση των SOx αποτέλεσε σημαντικό αντικείμενο έρευνας και νομοθετικών πρωτοβουλιών για τις οδικές μεταφορές ειδικά μεταξύ 1980-1990. Το θείο είναι φυσικό συστατικό των ορυκτών καυσίμων και η έκλυσή του στην ατμόσφαιρα με τη μορφή SOx ευθύνεται για τα φαινόμενα της όξινης βροχής και τον δευτερογενή σχηματισμό σωματιδιακής ύλης. Επίσης, επιδρά αρνητικά στο αναπνευστικό σύστημα, ειδικά ασθματικών πασχόντων. Για τον περιορισμό της εκπομπής SOx από τη ναυτιλία, αποφασίστηκε η από 1/1/2020 μείωση της περιεκτικότητας κατά βάρος των ναυτιλιακών καυσίμων σε θείο από 3,5%, που είναι σήμερα, σε 0,5%. Ειδικά σε περιοχές ελέγχου των εκπομπών SOx (SOx Emission Control Areas/SECA), η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα ανέρχεται σε 0,1% ήδη από 1/1/2015. Την ευρωπαϊκή περιοχή SECA ορίζουν η Βαλτική και η Βόρεια Θάλασσα, καθώς και η Θάλασσα της Μάγχης (English Channel), ενώ επί του παρόντος εκκρεμεί η απόφαση και για τη Μεσόγειο.

Ο παγκόσμιος περιορισμός στην περιεκτικότητα σε θείο αρχικά αμφισβητήθηκε ως προς την τεχνική δυνατότητά του να υλοποιηθεί. Τα βαρέα ναυτιλιακά καύσιμα αποτελούν το υπόλειμμα της διύλισης ελαφρύτερων συστατικών, όπως η βενζίνη και το ντίζελ κίνησης. Η αφαίρεση του θείου από τέτοια υπολειμματικά προϊόντα είναι οικονομικά ανέφικτη, επομένως ετέθη ο προβληματισμός εάν προϊόντα διύλισης με μικρό περιεχόμενο σε θείο επαρκούν για την ασφαλή ενεργειακή τροφοδότηση της ναυτιλίας. Μετά από έντονες διεργασίες εντός του ΙΜΟ, με συμμετοχή της βιομηχανίας πετρελαιοειδών, επιβεβαιώθηκε ότι ο παγκόσμιος περιορισμός σε θείο είναι τεχνικά εφικτός.

Οι νέοι κανονισμοί επιφέρουν σημαντικές αλλαγές όχι μόνο στη βιομηχανία επεξεργασίας πετρελαιοειδών αλλά –και κυρίως– στους πλοιοκτήτες. Τα ελαφρύτερα καύσιμα διύλισης με μικρότερο περιεχόμενο σε θείο συνεπάγονται πολλαπλάσιο κόστος σε σχέση με υπολειμματικά καύσιμα. Η εκτιμώμενη διαφορά υπολογίζεται σε 200-400 δολάρια ανά μετρικό τόνο, όταν ο κανονισμός γίνει υποχρεωτικός από τον Ιανουάριο του 2020. Μια τόσο μεγάλη οικονομική επιβάρυνση ωθεί στη διερεύνηση άλλων δυνητικών τεχνικών λύσεων.

Ο κανονισμός επιτρέπει εναλλακτικές προσεγγίσεις, κάθε μία εκ των οποίων έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Η χρήση συσκευών αποθείωσης εντός του πλοίου, γνωστές ως scrubbers (πλυντρίδες), είναι μια από τις εναλλακτικές λύσεις που έχουν υιοθετηθεί. Τα scrubbers χρησιμοποιούν καταιωνισμό με νερό για να απομακρύνουν τα θειικά συστατικά, μια διεργασία η οποία έχει μακρά ιστορία σε βιομηχανικές εφαρμογές. Στα πλοία όμως υπάρχουν σημαντικοί περιορισμοί. Πρώτον, η κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία της συσκευής αυξάνει σημαντικά το κόστος λειτουργίας. Δεύτερον, δεσμεύεται ωφέλιμος χώρος, ενώ η τοποθέτηση της συσκευής και των εξαρτημάτων της δεν είναι πάντα τεχνικά εφικτή. Τρίτον, απαιτείται επιπλέον εξειδικευμένο προσωπικό για τον έλεγχο λειτουργίας και συντήρησης της εγκατάστασης.

Τα σημαντικότερα όμως προβλήματα αφορούν τη διαχείριση του ρυπασμένου νερού, μετά τον καθαρισμό του αερίου. Σε ανοικτά (open-loop) συστήματα scrubbers, το ρυπασμένο νερό απορρίπτεται στη θάλασσα με συνέπεια την τοπική ρύπανση των υδάτων. Ήδη, περιοχές στην Ασία (Κίνα, Σιγκαπούρη) έχουν απαγορεύσει την απόρριψη του λύματος από ανοικτά συστήματα. Έχουν, επίσης, αναπτυχθεί κλειστά και υβριδικά συστήματα όπου το λύμα επανατίθεται σε κυκλοφορία μετά τον καθαρισμό του εντός του πλοίου. Όμως, η διεργασία αυτή είναι ενεργοβόρος και κοστοβόρος, και δεσμεύει σημαντική επιφάνεια εντός του πλοίου. Τέλος, εντός των λιμένων, θα πρέπει να υπάρχει σύστημα διαχείρισης της λάσπης (sludge) που παράγεται από το πλοίο κατά τον καθαρισμό του λύματος. Παρά τις τεχνικές δυσκολίες, ήδη 1.000 περίπου πλοία παγκοσμίως είναι εφοδιασμένα με scrubbers και ο πληθυσμός αναμένεται να αυξηθεί στα 3.800 πλοία εντός του 2020. Τα scrubbers είναι ιδιαίτερα διαδεδομένα στα κρουαζιερόπλοια λόγω των θετικών επιδράσεών τους στη μείωση του ορατού καπνού, που αποτελεί όχληση για τους επιβάτες.

Η δεύτερη εναλλακτική στη χρήση ελαφρύτερων κλασμάτων διύλισης είναι η χρήση μη συμβατικών καυσίμων, όπως το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), η μεθανόλη και τα βιοκαύσιμα. Από αυτά, το LNG εμφανίζεται προς το παρόν ως η μόνη πραγματική εναλλακτική λόγω κόστους και ενεργειακής διαθεσιμότητας. Περίπου 100 πλοία, κυρίως στη Βόρεια Ευρώπη, τροφοδοτούνται ήδη με LNG.

Τo LNG έχει σχεδόν μηδενικό περιεχόμενο σε θείο και δεν παράγει ορατό καπνό κατά την καύση του. Επίσης, είναι οικονομικά ενδιαφέρον σε σχέση με υγρά καύσιμα διύλισης, ενώ ήδη αρκετοί λιμένες στον κόσμο έχουν αναπτύξει ή αναπτύσσουν σταθμούς ανεφοδιασμού. Το LNG μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε νέα πλοία ως αποκλειστικό καύσιμο ή και σε υπάρχοντα με κατάλληλη μετατροπή του κινητήρα για τη χρήση τόσο υγρού όσο και αερίου καυσίμου (dual fuel), δυνατότητα που ήδη προσφέρεται από ορισμένους κατασκευαστές κινητήρων. Μια ενδεχόμενη αρνητική συνέπεια της χρήσης φυσικού αερίου είναι η διαφυγή σημαντικών ποσοτήτων άκαυστου μεθανίου (CH4 slip), αερίου που είναι, ως αέριο θερμοκηπίου, 25 φορές πιο δραστικό από το CO2 σε ό,τι αφορά τις επιπτώσεις στο κλίμα. Αδυναμία ελέγχου της διαφυγής CH4 θα έχει ως συνέπεια την εξουδετέρωση όποιας ωφέλειας από τη μείωση αερίων του θερμοκηπίου που συνεπάγεται η καύση του φυσικού αερίου λόγω της μοριακής του σύστασης (περίπου 4:1 λόγος υδρογόνου:άνθρακα).

Πέρα από τη μείωση των εκπομπών SOx, η χρήση LNG μπορεί να οδηγήσει και σε μείωση των εκπομπών NOx, εντός των απαιτήσεων του προτύπου Tier III, σε νέους κινητήρες με βάση τον κύκλο Otto. Το πρότυπο Tier III καθίσταται υποχρεωτικό για όλα τα πλοία με έτος κατασκευής μετά την 1/1/2021 για την πλεύση τους εντός των περιοχών ελέγχου των εκπομπών NOx – οι οποίες για την Ευρώπη είναι η Βόρεια και η Βαλτική Θάλασσα (αλλά όχι η Θάλασσα της Μάγχης) και αντίστοιχες περιοχές ορίζονται στη Βόρεια Αμερική και την Καραϊβική (για τις οποίες το πρότυπο ισχύει ήδη από 1/1/2016). To Τier III επιφέρει σημαντικές μειώσεις σε σχέση με τα προηγούμενα πρότυπα, περίπου κατά 80% σε σχέση με το Tier I και 75% σε σχέση με το Tier II. Για συμβατικούς κινητήρες ντίζελ, το πρότυπο Tier III μπορεί να επιτευχθεί με χρήση καταλυτών επιλεκτικής αναγωγής (Selective Catalytic Reduction/SCR). Η τεχνολογία αυτή απαιτεί την έγχυση αμμωνίας ή ουρίας (δηλαδή ενός φορέα αμμωνίας) στη γραμμή καυσαερίου. Η αμμωνία αντιδρά και μειώνει τα οξείδια αζώτου στην επιφάνεια καταλύτη. Επίσης, γίνονται προσπάθειες η μείωση των εκπομπών NOx να επιτευχθεί με μείωση της θερμοκρασίας καύσης με ανακυκλοφορία καυσαερίου (Exhaust Gas Recirculation/EGR) και εξάτμιση νερού στην εισαγωγή του κινητήρα. Η λύση αυτή έχει το πλεονέκτημα της μη κατανάλωσης ουρίας και ότι η επιτυγχάνεται εντός του κινητήρα, αλλά είναι τεχνικά πολύπλοκη καθώς απαιτείται ενδιάμεσος καθαρισμός του καυσαερίου με scrubber προ της ανακυκλοφορίας του.

Τέλος, γίνονται σημαντικές προσπάθειες για τη μείωση της συνεισφοράς των θαλασσίων μεταφορών στην κλιματική αλλαγή, με στόχο τη μείωση έκλυσης αερίων θερμοκηπίου κατά 50% το 2050 σε σχέση με το 2008. Τα τεχνολογικά μέτρα που σχεδιάζονται αφορούν προδιαγραφές για αποδοτικότερους κινητήρες, βελτιστοποίηση της ταχύτητας μεταφοράς (slow steaming), χρήση βιοκαυσίμων και καυσίμων χαμηλότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα. όπως το LNG κ.ά. Ειδικά σε ό,τι αφορά την αποδοτικότητα νέων πλοίων, ανάλογα με τον τύπο και το έτος κατασκευής, έχουν καθοριστεί ελάχιστα όρια, σύμφωνα με τον δείκτη σχεδιασμού ενεργειακής απόδοσης (Energy Efficiency Design Index/EEDI). Σημαντική όμως μείωση προβλέπεται να προέλθει από περαιτέρω βελτιστοποίηση της εφοδιαστικής αλυσίδας των θαλασσίων μεταφορών, όπου κατ’ αντιστοιχία έχουν οριστεί ενδεικτικά επίπεδα επιχειρησιακής απόδοσης (Εnergy Efficiency Operational Indicator/EEOI). Στο ίδιο πλαίσιο, γίνονται προσπάθειες κατανόησης και μείωσης των εκπομπών αιθάλης (black carbon), που είναι ιδιαίτερα επιβαρυντική καθώς μειώνει τη λευκάγεια (albedo) του χιονιού και του πάγου με την εναπόθεσή της σε αντίστοιχες επιφάνειες.

Καθίσταται, επομένως, σαφές ότι οι προκλήσεις που έχουν να αντιμετωπίσουν οι θαλάσσιες μεταφορές για τη συμμόρφωσή τους με τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις είναι πλέον ιδιαίτερα σημαντικές. Ανάλογα με τις προοπτικές ανάπτυξης του κάθε στόλου, των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των πλοίων που τον συνθέτουν και των γεωγραφικών περιοχών δράσης τους, καθώς και των αναμενόμενων περαιτέρω εξελίξεων στη σχετική περιβαλλοντική νομοθεσία, μπορούν να προκριθούν διαφορετικές λύσεις. Αυτές μπορεί να αφορούν retrofit με συσκευές μετεπεξεργασίας καυσαερίου, ανακατασκευή του πλοίου για χρήση αερίου, χρήση ελαφρύτερων καυσίμων ή εναλλακτικών καυσίμων, ηλεκτρική τροφοδότηση από την ακτή κατά τον ελλιμενισμό (cold ironing), ρύθμιση της ταχύτητας του πλοίου, απόσυρση και αντικατάσταση κ.ά.

Η μεγάλη παλέτα διαθέσιμων επιλογών και η αντίστοιχη οικονομική επιβάρυνση που επιφέρουν, καθώς και οι επιχειρησιακοί περιορισμοί που τίθενται, απαιτούν τη συνεργασία των εταιρειών ναυτιλίας με ειδικούς επιστήμονες για την επιλογή των βέλτιστων λύσεων ανά περίπτωση. Οι σχετικές εξελίξεις αναμένονται ενδιαφέρουσες σε ένα ιδιαίτερα ανταγωνιστικό περιβάλλον, όπου η διορατικότητα και ο σωστός σχεδιασμός αποτελούν ανέκαθεν τα όπλα των επιτυχημένων παικτών.

Leave a Comment