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.