जहाजों के लिए मरीन डीजल जनरेटर को किन मानकों को पूरा करना चाहिए?

IMO के मारपोल अनुबंध VI और NOx तकनीकी कोड का परिचय

अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन के तहत मारपोल अनुबंध VI समुद्री इंजनों से होने वाले उत्सर्जन पर, विशेष रूप से नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx), सल्फर ऑक्साइड (SOx) और कणिका पदार्थ (PM) पर सख्त वैश्विक प्रतिबंध लगाता है। यह विनियमन पहली बार 2005 में लागू किया गया था और तब से इसमें कई बार संशोधन किए गए हैं। यह नियम मुख्य रूप से 130 kW से अधिक शक्ति वाले बड़े इंजनों पर लागू होता है, जिसमें NOx के मानक इस बात पर निर्भर करते हैं कि इंजन कब बनाया या स्थापित किया गया था। जब 2020 में अंतर्राष्ट्रीय सल्फर सीमा को नाटकीय रूप से घटाकर समुद्री ईंधन में केवल 0.50% सल्फर सामग्री कर दिया गया, तो शिपिंग कंपनियों के पास एक्जॉस्ट स्क्रबर जैसी तकनीकों में भारी निवेश करने या द्रवीकृत प्राकृतिक गैस (LNG) जैसे वैकल्पिक ईंधनों पर पूरी तरह से स्विच करने के अलावा कोई विकल्प नहीं बचा। इस विनियामक परिवर्तन ने समुद्री क्षेत्र में एक विशाल बाजार परिवर्तन को जन्म दिया।

समुद्री डीजल जनरेटर के उत्सर्जन को विनियमित करने में अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन की भूमिका

अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन अपने प्रतिनिधित्व वाले सभी 175 देशों के लिए उत्सर्जन नियमों को मानकीकृत करने के लिए काम करता है। इसका अर्थ है कि दुनिया भर में जहाजों की समान परीक्षण प्रक्रियाओं से गुज़रना होता है, उन्हें तुलनीय तरीकों से प्रमाणित किया जाता है, और उनके समुद्री डीजल इंजनों के संबंध में सुसंगत लागूकरण का सामना करना पड़ता है। संगठन के NOx तकनीकी कोड के तहत निर्माताओं को यह साबित करना होता है कि उनके इंजन उन मशीनों के वास्तविक परिस्थितियों में वास्तविक संचालन को ध्यान में रखते हुए प्रकार की मंजूरी के माध्यम से मानकों को पूरा करते हैं। कंपनियों को अलग-अलग भार के तहत उनके इंजनों से क्या उत्सर्जन होता है, इसके बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान करनी होती है। ये आवश्यकताएं अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी जैसे समूहों के साथ प्रयासों के समन्वय में सहायता करती हैं, जिससे वैश्विक मानकों और स्थानीय नियमों के बीच सुचारु सहयोग बनता है। जब अंतर्राष्ट्रीय और राष्ट्रीय नियम बेहतर ढंग से संरेखित होते हैं, तो जहाज संचालकों के लिए अनुपालन आसान हो जाता है।

उत्सर्जन मानक समुद्री डीजल जनरेटर के डिज़ाइन और संचालन को कैसे आकार देते हैं

आधुनिक समुद्री डीजल जनरेटरों को आजकल सख्त टायर III मानकों का पालन करना होता है, इसलिए निर्माताओं ने चयनात्मक उत्प्रेरक अपचयन प्रणाली, बेहतर डिज़ाइन किए गए दहन कक्ष और ईंधन इंजेक्शन पर अधिक सटीक नियंत्रण जैसी चीजों को जोड़ना शुरू कर दिया है। इन सभी सुधारों ने नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में काफी कमी की है, राजू और सहयोगियों द्वारा 2021 में किए गए शोध के अनुसार, पुराने इंजनों की तुलना में लगभग 80 प्रतिशत कम। एक अन्य बड़ा बदलाव उद्योग भर में अति निम्न सल्फर डीजल की ओर स्थानांतरण होना रहा है। यह स्वच्छ ईंधन समुद्र पर इन मशीनों की दिन-प्रतिदिन विश्वसनीयता को बरकरार रखे हुए लगभग तीन-चौथाई हिस्से तक कणिका पदार्थ उत्सर्जन को कम करने में मदद करता है।

टायर वर्गीकरण प्रणाली: टायर 1 से टायर 3 अनुपालन तक

समुद्री डीजल इंजनों के लिए टायर 1, टायर 2 और टायर 3 उत्सर्जन सीमाओं की तुलना

अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन द्वारा निर्धारित नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन के आधार पर समुद्री डीजल इंजन तीन अलग-अलग श्रेणियों में आते हैं। पहली श्रेणी उन इंजनों को शामिल करती है जो वर्ष 2000 से पहले बनाए गए थे, जब वे NOx के 14.4 ग्राम प्रति किलोवाट घंटे तक उत्सर्जित कर सकते थे। 2011 के बाद टियर 2 मानकों के साथ परिवर्तन आया, जिसने बेहतर दहन तकनीकों के कारण अनुमत उत्सर्जन को 7.7 ग्राम/किलोवाट घंटे तक ले जाकर लगभग आधा कर दिया। फिर 2016 से टियर 3 विनियम लागू हुए, जो कुछ विशिष्ट क्षेत्रों में लागू हैं, जहाँ जहाजों को अब NOx उत्सर्जन को केवल 2.0 ग्राम/किलोवाट घंटे तक सीमित रखना होता है। इसका अर्थ है कि शुरुआती दिनों में अनुमत उत्सर्जन की तुलना में लगभग 80% की भारी कमी। इन नए इंजनों में इन सख्त आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आमतौर पर चयनात्मक उत्प्रेरक अपचयन प्रणाली या निकास गैस पुनर्चक्रण तकनीक पर निर्भरता होती है। कणिका पदार्थ (पार्टिकुलेट मैटर) की सीमा को देखें तो कहानी लगभग समान है, जो टियर 1 के तहत 0.40 ग्राम/किलोवाट घंटे से लेकर टियर 3 इंजनों में 0.10 ग्राम/किलोवाट घंटे तक कम हो गई है।

स्तर	NOx सीमा (ग्राम/किलोवाट घंटे)	PM सीमा (ग्राम/किलोवाट घंटे)	लागूकरण अवधि
टियर 1	≤ 14.4	≤ 0.40	2000–2011
टियर 2	≤ 7.7	≤ 0.20	2011–2016
टियर 3	≤ 2.0	≤ 0.10	2016–वर्तमान

उत्सर्जन नियंत्रण क्षेत्रों (ECAs) में टियर 3 अनुपालन के लिए आवश्यकताएँ

उत्तर अमेरिकी तट और बाल्टिक सागर जैसे उत्सर्जन नियंत्रण क्षेत्रों में संचालित जहाजों को पुराने टियर 1 इंजनों की तुलना में नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में 80% की कमी का अर्थ होने वाले टियर 3 मानकों को पूरा करने की आवश्यकता होती है। इस आवश्यकता के सामने आने पर अधिकांश जहाज संचालक दो में से एक मार्ग अपनाते हैं। कुछ अपने मौजूदा जनरेटरों पर चयनात्मक उत्प्रेरक कमी प्रणाली स्थापित करना चुनते हैं, जबकि दूसरे द्रवीकृत प्राकृतिक गैस संचालित संकर प्रणाली पर स्विच कर देते हैं। इन क्षेत्रों में गंधक सामग्री के नियम भी उतने ही सख्त हैं, जिनमें अधिकतम सीमा 0.10% है। अनुपालन के लिए, जहाज या तो विशेष कम गंधक ईंधन जलाते हैं या महंगी स्क्रबर तकनीक में निवेश करते हैं जो धुएं को चिमनी से निकलने से पहले साफ कर देती है।

केस अध्ययन: उत्तर अमेरिकी ECA में संचालित जहाजों पर टियर 3 कार्यान्वयन

2023 में, शोधकर्ताओं ने उत्तरी अमेरिकी ECA क्षेत्र में संचालित 24 मालवाहक जहाजों का अध्ययन किया और एक दिलचस्प बात पाई। जब उन्होंने अपने इंजनों को टियर 3 मानकों पर अपग्रेड किया, तो पुराने टियर 1 मॉडल की तुलना में नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में लगभग 92% की कमी आई। लेकिन कई जहाज मालिकों के लिए एक समस्या थी। उनमें से लगभग एक तिहाई को उन आकर्षक नए सिस्टम को नियमित SCR फ़िल्टर परिवर्तन की आवश्यकता होने के कारण मरम्मत के बिल बड़े होने का सामना करना पड़ा। इन अतिरिक्त खर्चों की सीमा प्रति वर्ष लगभग अठारह हजार से लेकर पैंतालीस हजार डॉलर तक थी। फिर भी, अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन की पिछले साल की जाँच में पता चला कि अधिकांश कंपनियाँ नियमों का पालन कर रही थीं, जिसमें प्रत्येक 100 जहाजों में से लगभग 89 अनुपालन कर रहे थे। जो नहीं कर रहे थे, उन्हें प्रति उल्लंघन औसतन लगभग तीन लाख बीस हजार डॉलर के गंभीर जुर्माने का सामना करना पड़ा। इन जटिल प्रणालियों को बेहतर ढंग से प्रबंधित करने में सहायता के लिए, अधिक समुद्री व्यवसाय अब प्राग्नास्तिक रखरखाव सॉफ्टवेयर की ओर रुख कर रहे हैं, जो उपचार के बाद के सिस्टम को ठीक से काम करने में सहायता करता है और महत्वपूर्ण संचालन के दौरान अप्रत्याशित खराबी को कम करता है।

मरीन डीजल जनरेटर के लिए टियर 4 मानकों की व्यवहार्यता का आकलन

अंतिम टियर 4 विनियम: भूमि-आधारित इंजन मानकों में इनकी उत्पत्ति

टियर 4 उत्सर्जन मानकों की शुरुआत भूमि पर आधारित गैर-सड़क इंजनों की आवश्यकताओं के रूप में हुई, जिससे नए उत्तर-उपचार तकनीकों के माध्यम से नाइट्रोजन ऑक्साइड और कणिका पदार्थ को कम करने के लिए निर्माताओं पर दबाव बना। अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन ने अभी तक इन मानकों को जहाजों पर लागू नहीं किया है, लेकिन भविष्य के समुद्री विनियमों में इन्हीं अवधारणाओं में से कुछ को लागू करने को लेकर चर्चाएं जारी हैं। हालाँकि, नावों पर सीमित जगह और समुद्र में अलग इंजीनियरिंग आवश्यकताओं के कारण भूमि-आधारित समाधानों को सीधे लागू करना वास्तविक चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है।

मरीन अनुप्रयोगों में टियर 4 आवश्यकताओं को अनुकूलित करने में तकनीकी चुनौतियाँ

समुद्री डीजल जनरेटरों पर टियर 4 समकक्ष प्रणालियों को लगाना बिल्कुल सीधा नहीं है। चयनित उत्प्रेरक कमी (एससीआर) इकाइयों और डीजल कण फिल्टर (डीपीएफ) जैसे उपचार के बाद के भागों में लगभग 18 से 25 प्रतिशत अधिक स्थान होता है जो हम टीयर 3 कॉन्फ़िगरेशन में देखते हैं। इसके अलावा ये घटक समुद्र में कठिन परिस्थितियों के संपर्क में रहने पर टिकाऊ रहने के लिए संघर्ष करते हैं। उत्तरी अमेरिकी समुद्री डीजल इंजन बाजार की एक हालिया रिपोर्ट में भी कुछ महत्वपूर्ण बात की ओर इशारा किया गया है। खारे पानी जहाजों पर हर जगह पहुंच जाता है, और लगातार कंपन से चीजें तेजी से खराब हो जाती हैं। विशेष रूप से एससीआर उत्प्रेरक के लिए, भूमि पर उपयोग किए जाने वाले समान उपकरणों की तुलना में उनका जीवन प्रत्याशा लगभग 40% कम हो जाता है। यह समझ में आता है कि समय के साथ यांत्रिक प्रणालियों पर समुद्री वातावरण कितना कठिन काम करता है।

उद्योग की बहसः क्या नौसेना डीजल जनरेटर प्रणालियों के लिए टीयर 4 व्यावहारिक है?

वर्तमान में इस मुद्दे पर समुद्री उद्योग काफी विभाजित है। जब हमने ऑपरेटरों के सर्वेक्षण परिणामों को देखा, तो लगभग 62 प्रतिशत ने कहा कि मौजूदा जहाज डिज़ाइन में टियर 4 अनुपालन प्रणालियों के लिए आवश्यक बिजली वितरण के लिए पर्याप्त जगह नहीं है। इन नियमों के समर्थकों का दावा है कि वे वास्तव में हाइब्रिड इंजन के उपयोग को बढ़ावा देने में मदद करेंगे, लेकिन फ्रंट लाइन पर काम करने वाले लोग 450 से 500 संचालन घंटे के बाद डीजल कण फिल्टर को कितनी बार सफाई की आवश्यकता होती है, इस बात को लेकर चिंतित हैं। इस तरह के नियमित रखरखाव से वर्कफ़्लो शेड्यूल में वास्तव में बाधा आती है। इसके अलावा मॉड्यूलर निकास उपचार विकल्पों में भी उम्मीद है, हालाँकि अधिकांश विशेषज्ञों का मानना है कि इन्हें बेड़े में व्यापक रूप से तैनात करने से पहले अभी भी दो से तीन वर्षों तक वास्तविक समुद्री परिस्थितियों में परीक्षण की आवश्यकता होगी।

मरीन संपीड़न-इग्निशन इंजन के लिए प्रमाणन एवं नियामक ढांचा

शक्ति उत्पादन के अनुसार समुद्री संपीड़न-इग्निशन इंजन का EPA वर्गीकरण

समुद्री संपीड़न ज्वलन इंजनों को उनके शक्ति आउटपुट के आधार पर विभिन्न श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है ताकि EPA विशिष्ट उत्सर्जन नियंत्रण उपाय लागू कर सके। 37 किलोवाट से अधिक उत्पादन करने वाले इंजनों के लिए, उन गैर-सड़क इंजन विनियमों के अनुसार नाइट्रोजन ऑक्साइड और कणिका पदार्थों पर कड़े प्रतिबंध हैं जो उन्होंने लागू किए हैं। व्यावसायिक शिपिंग संचालन में देखे जाने वाले बड़े इंजनों को इन आवश्यकताओं के अनुसार अनुपालन बनाए रखने के लिए काफी परिष्कृत प्रौद्योगिकी अपनानी होती है। समुद्र पर कानूनी सीमाओं के भीतर संचालित होने और फिर भी कार्यक्षमता से काम करने के इच्छुक पोतों के लिए निकास गैस रीसर्कुलेशन प्रणाली या चयनात्मक उत्प्रेरित अपचयन व्यवस्था जैसी आवश्यकताएँ आवश्यक जोड़ बन जाती हैं।

संयुक्त राज्य संघीय विनियमों के तहत समुद्री डीजल जनरेटरों के लिए प्रमाणन प्रक्रिया

समुद्री अनुप्रयोगों के लिए यू.एस. प्रमाणन प्रक्रिया पानी पर नावों द्वारा वास्तव में अनुभव की जाने वाली सभी विशिष्ट ड्यूटी चक्रों को शामिल करते हुए काफी गहन परीक्षण की मांग करती है। इसका अर्थ है संक्रमणकालीन भारों के साथ इंजनों को उनकी सीमाओं तक ले जाना और इस बात का अनुकरण करना कि समय के साथ वास्तविक समुद्री जल की स्थिति के संपर्क में आने पर उनके साथ क्या होता है। नवीनतम संघीय नियमों के अनुसार, निर्माताओं को यह दिखाना होता है कि वे इंजन द्वारा शक्ति उत्पादन के संबंध में दावा किए गए कम से कम 80 प्रतिशत मानकों को पूरा करते हैं। इस प्रक्रिया में कई महत्वपूर्ण जाँच बिंदु भी शामिल हैं। सबसे पहले उत्पादन शुरू करने से पहले विभिन्न इंजन नियंत्रण प्रौद्योगिकियों के लिए मंजूरी प्राप्त करना आता है। फिर घटकों के स्वाभाविक क्षरण को ध्यान में रखना आता है ताकि उपकरण के पूरे 10,000 घंटे के जीवनकाल में उत्सर्जन सीमा के भीतर बने रहें। यह पूरी प्रक्रिया यह सुनिश्चित करती है कि प्रमाणित समुद्री इंजन कठोर वातावरण में लगातार संचालन के वर्षों के बाद भी विश्वसनीय ढंग से काम करें।

राष्ट्रीय और अंतरराष्ट्रीय नियामक आवश्यकताओं का समायोजन

ईपीए टियर 4 मानक पुराने टियर 1 उपकरणों की तुलना में लगभग 90 प्रतिशत कम नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) उत्सर्जन की ओर बढ़ रहे हैं। इस बीच, अंतरराष्ट्रीय समुद्री संगठन में वे अपने MARPOL अनुबंध VI नियमों के माध्यम से SOx और NOx दोनों को नियंत्रित करने पर कड़ी मेहनत कर रहे हैं। आज के समुद्री डीजल जनरेटर अक्सर ड्यूल ईंधन विकल्पों और मॉड्यूलर उपचार प्रणालियों से लैस होते हैं जो इन विभिन्न आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। ऐसी कंपनियों के लिए जो इंजन बनाती हैं जो विश्व स्तर पर काम करने के लिए होते हैं, इन सभी परीक्षण विधियों और उत्सर्जन लक्ष्यों को संरेखित करना केवल सहायक नहीं बल्कि आवश्यक भी है, यदि वे अपने उत्पादों को बार-बार फिर से डिजाइन किए बिना विभिन्न क्षेत्रों में प्रतिस्पर्धी बने रहना चाहती हैं।

सामान्य प्रश्न

MARPOL अनुबंध VI का प्राथमिक लक्ष्य क्या है?

MARPOL अनुबंध VI का प्राथमिक लक्ष्य नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx), सल्फर ऑक्साइड (SOx) और कणिका पदार्थ (PM) के उत्सर्जन को नियंत्रित करके जहाज के इंजनों से होने वाले वायु प्रदूषण को कम करना है।

टियर 3 उत्सर्जन मानकों का महत्व क्यों है?

टियर 3 उत्सर्जन मानक महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे पुराने मानकों की तुलना में लगभग 80% तक NOx उत्सर्जन कम कर देते हैं, जिससे उत्सर्जन नियंत्रण क्षेत्रों (ECAs) के भीतर स्वच्छ वायु और अनुपालन सुनिश्चित होता है।

टियर 4 मानकों के साथ जहाज संचालकों को क्या चुनौतियों का सामना करना पड़ता है?

टियर 4 मानकों के साथ जहाज संचालकों को डीजल कण फिल्टरों के लिए स्थान सीमाओं और नियमित रखरखाव की आवश्यकता के कारण चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जो संचालनात्मक अनुसूची में बाधा डाल सकता है।

एलएनजी जैसे वैकल्पिक ईंधन उत्सर्जन मानकों को पूरा करने में कैसे सहायता करते हैं?

तरलीकृत प्राकृतिक गैस (LNG) जैसे वैकल्पिक ईंधन पारंपरिक समुद्री ईंधन की तुलना में कम उत्सर्जन उत्पन्न करके उत्सर्जन मानकों को पूरा करने में सहायता करते हैं, जिससे गंधक और नाइट्रोजन ऑक्साइड सीमाओं के अनुपालन में सहायता मिलती है।