سیستم‌های تصفیه گازهای خروجی کشتی‌ها: راهنمای جامع برای انطباق با استانداردهای بین‌المللی

صنعت دریانوردی، شریان حیاتی تجارت جهانی، همواره با چالش‌های زیست‌محیطی مهمی روبرو بوده است. موتورهای دیزلی سنگین که نیروی محرکه ناوگان عظیم کشتی‌رانی را تأمین می‌کنند، منبع قابل توجهی از آلاینده‌های مضر مانند اکسیدهای گوگرد ،اکسیدهای نیتروژن، ذرات معلق ، ذرات معلق هستند. افزایش نگرانی‌های جهانی پیرامون تغییرات اقلیمی و کیفیت هوای مناطق ساحلی، سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) را وادار به تدوین مقررات سخت‌گیرانه‌ای برای کاهش انتشار آلاینده‌ها کرده است.

اهمیت و مزایای رعایت استانداردهای انتشار:

اجرای صحیح و استفاده از سیستم‌های تصفیه گاز خروجی صرفاً یک گزینه نیست، بلکه یک الزام قانونی و اخلاقی برای اپراتورهای کشتی‌ها محسوب می‌شود.

الف) اجتناب از جریمه‌ها و توقف فعالیت

مهم‌ترین انگیزه کوتاه‌مدت، اجتناب از مجازات‌های مالی سنگین است. نقض مقررات IMO و عدم استفاده از سوخت کم‌سولفور یا سیستم‌های تصفیه در مناطق ECA می‌تواند منجر به:

1. جریمه‌های مالی کلان: مقامات بندری (Port State Control) حق دارند کشتی‌های متخلف را جریمه کنند.

2. تأخیر در عملیات: کشتی‌ها ممکن است برای رفع مشکل مجبور به ماندن در لنگرگاه یا حتی تخلیه کامل سوخت و بار شوند.

3. محدودیت دسترسی: برخی بنادر ممکن است دسترسی کشتی‌هایی که دارای سوابق آلودگی هستند را محدود کنند.

ب) مسئولیت اجتماعی و حفاظت از محیط زیست

کاهش انتشار آلاینده‌ها مستقیماً به بهبود کیفیت محیط زیست منجر می‌شود:

• کاهش باران‌های اسیدی: اکسیدهای گوگرد عامل اصلی تشکیل اسید سولفوریک در جو هستند که منجر به باران‌های اسیدی و آسیب به اکوسیستم‌های آبی و خاکی می‌شود.

• کاهش اثرات منفی بر سلامت انسان: اکسیدهای نیتروژن

• و ذرات معلق، پیش‌سازهای تشکیل اُزن سطحی و مواد سمی هستند که تنفس آنها در مناطق پرجمعیت ساحلی و شهری عوارض جدی تنفسی ایجاد می‌کند.

• حفظ محیط زیست دریایی: با کاهش ورود مواد اسیدی به آب‌های ساحلی، سلامت زندگی دریایی بهبود می‌یابد.

ج) انعطاف‌پذیری عملیاتی (Fuel Flexibility)

یکی از بزرگترین مزایای نصب سیستم‌های تصفیه، امکان استفاده از سوخت‌های ارزان‌تر و پرگوگردتر (مانند سوخت دریایی سنگین - HSFO) است، حتی زمانی که کشتی در یک منطقه ECA در حال فعالیت است. این انعطاف‌پذیری مالی (Fuel Price Hedge) می‌تواند هزینه‌های عملیاتی سالانه کشتی را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد و سرمایه‌گذاری اولیه در سیستم تصفیه را توجیه‌پذیر سازد.

 انواع سیستم‌های تصفیه گاز خروجی: تمرکز بر SOx و NOx

سیستم‌های EGTS در درجه اول بر روی حذف دو آلاینده اصلی تمرکز دارند: اکسیدهای گوگرد و اکسیدهای نیتروژن 

الف) اسکرابرها (Scrubbers) یا سیستم‌های تصفیه گاز خروجی (EGCS) برای SOx

اسکرابرها برای حذف دی‌اکسید گوگرد از گازهای خروجی موتورهای کشتی طراحی شده‌اند و اجازه می‌دهند تا کشتی از سوخت دریایی با محتوای گوگرد بالا استفاده کند.

۱. مکانیسم عملکرد پایه

فرآیند اصلی شامل تماس دادن گازهای داغ خروجی موتور با یک محلول شستشو (معمولاً آب دریا یا آب شیرین با مواد شیمیایی افزودنی) است. دی‌اکسید گوگرد با آب واکنش داده و اسید سولفوریک تشکیل می‌دهد که سپس توسط یک باز خنثی می‌شود.

۲. انواع اصلی اسکرابرها

الف) سیستم حلقه باز (Open-Loop System):

• عملکرد: این سیستم از آب دریا به عنوان مایع شستشو استفاده می‌کند. آب دریا پس از تماس با گازهای خروجی، اسیدی شده و سپس همراه با مواد شستشو داده شده، به دریا بازگردانده می‌شود.

• مزایا: سادگی طراحی، هزینه نصب پایین‌تر.

• معایب: آلودگی آب دریا با پساب اسیدی و سولفیت‌ها؛ در برخی مناطق ممنوع است.

ب) سیستم حلقه بسته (Closed-Loop System):

• عملکرد: آب دریا یا آب شیرین خالص شده به عنوان مایع شستشو استفاده می‌شود. پساب تولید شده تصفیه شده و مواد شیمیایی خنثی‌کننده (مانند سود سوزآور) به آن اضافه می‌شود. سپس آب تصفیه شده برای استفاده مجدد در یک "حلقه" باقی می‌ماند، و مقادیر کمی از پساب تغلیظ شده یا لجن برای دفع در خشکی یا به صورت کنترل‌شده تخلیه می‌شود.

• مزایا: کنترل دقیق بر کیفیت پساب، سازگار با مقررات سختگیرانه‌تر تخلیه.

• معایب: پیچیدگی بیشتر، نیاز به تجهیزات تصفیه پساب، هزینه اولیه بالاتر.

ج) سیستم ترکیبی (Hybrid System):
این سیستم‌ها ترکیبی از هر دو حالت هستند و انعطاف‌پذیری لازم را برای تغییر حالت عملیاتی بر اساس مقررات منطقه دریایی فراهم می‌کنند.

 کاهش کاتالیزوری انتخابی (SCR) برای NOx

اکسیدهای نیتروژن در دمای بالا طی فرآیند احتراق تشکیل می‌شوند. SCR یک فناوری کنترلی ثانویه است که به طور مؤثری را به نیتروژن غیرمضرو بخار آب تبدیل می‌کند.

۱. مکانیسم عملکرد SCR

SCR مستلزم تزریق یک عامل کاهنده (معمولاً محلول آبی اوره که به آن آمونیاک درجا تبدیل می‌شود، یا آمونیاک خالص) به گازهای خروجی داغ است. این مخلوط وارد یک راکتور حاوی کاتالیزور (معمولاً بر پایه وانادیم پنتاکسید) می‌شود.

۲. الزامات عملیاتی

• در کشتی‌هایی که با سوخت‌های کم‌بار (Low Load) کار می‌کنند، ممکن است نیاز به گرمایش مجدد گاز خروجی (Reheating) باشد.

• تزریق آمونیاک: کنترل دقیق میزان تزریق آمونیاک حیاتی است. تزریق بیش از حد باعث می‌شود آمونیاک بدون واکنش از سیستم خارج شود (Amonia Slip)، که خود یک آلاینده مضر است و می‌تواند باعث خوردگی و بوی نامطبوع شود.

۳. SCR در مقابل کنترل‌های اولیه موتور

SCR به عنوان راهکاری برای دستیابی به سطح Tier III(که معمولاً در مناطق ECA اعمال می‌شود) در موتورهای بزرگ‌تر و جدیدتر ضروری است. موتورهای قدیمی‌تر ممکن است با روش‌های کنترل اولیه (مانند رقیق‌سازی با آب یا EGR) به سطح Tier II دست یابند، اما برای Tier III، SCR تقریباً تنها راه‌حل مؤثر است.

 نتیجه‌گیری: نقشی حیاتی در آینده پایدار صنعت

سیستم‌های تصفیه گازهای خروجی کشتی‌ها، از اسکرابرها برای مقابله با گوگرد تا سیستم‌های SCR برای کنترل نیتروژن، ستون فقرات انطباق زیست‌محیطی صنعت دریانوردی مدرن هستند. این فناوری‌ها پل ارتباطی بین نیاز روزافزون به حمل و نقل دریایی و تعهد جهانی به حفظ سیاره زمین هستند.

با توجه به اینکه IMO و سایر نهادهای بین‌المللی به طور مداوم در حال سخت‌تر کردن استانداردهای انتشار هستند (مانند هدف‌گذاری برای کاهش انتشار کربن تا سال ۲۰۵۰)، سرمایه‌گذاری در سیستم‌هایی که توانایی "برآورده ساختن کلیه استانداردهای زیست‌محیطی" را دارند، دیگر یک انتخاب لوکس نیست، بلکه یک استراتژی بقا و رشد در بازار جهانی است. موفقیت در دهه‌های آینده دریانوردی، به توانایی شرکت‌ها در ادغام این فناوری‌های پیشرفته در ناوگان خود بستگی دارد.

برای جزئیات بیشتر یا پیاده‌سازی، می‌توانید به وب‌سایت رسمی دانفوس (danfoss.com) مراجعه کنید یا با مشهد دانفوس در  تماس باشید.