אילו תקנים חייבים מولدות דיזל ימיים לעמוד בהם לספינות?

מבוא ל-MARPOL תוספת VI של הארגון המריטימי (IMO) ולקוד הטכני NOx

MARPOL תקיף VI של התשתית המarinית הבינלאומית (IMO) מטיל מגבלות חמורות על הפליטה ממתקני ספינה, ובמיוחד חומדי חנקור (NOx), חומדי גפרית (SOx) וחומר חלקיקי (PM). התקנה הזו הושקה לראשונה בשנת 2005 ועברה מספר עדכונים מאז. הכללים חלים בעיקר על מנועים גדולים יותר בעלות עוצמה של מעל 130 קילוואט, עם רמות שונות של דרישות NOx בהתאם לשנת בניית או התקנת המנוע. כשגבול הפליטה הבינלאומי לגפרית ירד באופן דרמטי בשנת 2020 לרמה של 0.50% תוכן גפרית בדלק ימי, חברות הובלה ימי היו נאלצות להשקיע חזק בטכנולוגיות כמו שוחרי פליטה או לעבור לחלוטין לדלקים חלופיים כמו גז טבעי בכירורט (LNG). העברה רגולטory כזו יצרה שינוי שוק עצום בתעשיית הים.

תפקיד התשתית המarinית הבינלאומית (IMO) ברגולציה של פליטות מתקני דיזל ימיים

הארגון הימי הבינלאומי פועל ליצירת תקנים אחידים להפלות ב-175 המדינות שהוא מייצג. זה אומר שספינות ברחבי העולם עוברות מבחנים דומים, מוסדרות בצורה עקיבה ופוגשות בהטלה עקבית של חוקים כשמדובר במנועי הדיזל הימיים שלהן. קוד ה-NOx הטכני של הארגון מחייב יצרנים להוכיח שהמנועים שלהם עומדים בדרישות באמצעות אישורים טיפוסיים שמתחשבים בצורת הפעלה של המכונות בתנאים מציאותיים. על החברות לספק מידע מפורט לגבי ההפלות של המנועים שלהן תחת עומסי עבודה שונים. דרישות אלו עוזרות לשלב מאמצים עם קבוצות כמו הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית, ומייצרות שיתוף פעולה חלק יותר בין תקנים גלובליים לבין רגולציות מקומיות. כשתקנים בינלאומיים ולאומיים מתאימים טוב יותר אחד לשני, התאמה להוראות נעשית קלה יותר לבעלי ספינות ברחבי העולם.

איך תקני הפלות משפיעים על עיצוב ותפעול של מولد חשמל ימי דיזל

יוצרות של מولدات דיזל ימיות מודרניות נדרשות כיום לעמוד בתקני Tier III קפדניים, ולכן התחילו לייצרנים להוסיף אלמנטים כמו מערכות הפחתה תבחינית של חומרי ערבוב, תאי בעירה בעלי עיצוב משופר, ובקרה מדויקת בהרבה על זריקת הדלק. שיפורים אלו הקטינו בצורה ניכרת את פליטות חומדי החנקן, בכ-80 אחוז פחות ממה שהמכונות הישנות השתחררו בו, לפי מחקר של ראג'ו ועמיתיו משנת 2021. שינוי משמעותי נוסף היה המעבר לדיזל עם רמות גופרית נמוכות במיוחד כשגרסת הדלק התקנית בתעשייה. דלק נקי זה מסייע לצמצם את פליטות חומר הפסולת בכ-75 אחוז, מבלי לפגוע ביעילות ההפעלה היומית של המכונות בים.

מערכת הסיווג Tier: מהדרישה Tier 1 ועד עמידה בדרישות Tier 3

השוואה בין גבולות הפליטה של Tier 1, Tier 2 ו-Tier 3 למנועי דיזל ימיים

מנועי דיזל ימיים מחולקים לשלושה סוגים שונים בהתאם להפלט שלהם של חומרי חנקן, כפי שנקבע על ידי הארגון maritim הבינלאומי. הקטגוריה הראשונה כוללת מנועים שיוצרו לפני שנת 2000, שבהם היה ניתן להפיק עד 14.4 גרם לקילוואט-שעה של NOx. things changed אחרי 2011 עם תקנים של Tier 2 שהורידו את ההפלט המותר לכמחצית מהכמות הזו, ל-7.7 גרם/קילוואט-שעה, הודות לטכניקות בעירה משופרות. לאחר מכן נכנסו לתוקף התקנות של Tier 3 החל משנת 2016, במיוחד באזורי ים מסוימים, שם ספינות חייבות כיום להגביל את פליטת ה-NOx ל-2.0 גרם/קילוואט-שעה בלבד. זהו ירידה מרשים של כ-80% בהשוואה למה שהיה מותר בתקופות הראשונות. לעתים קרובות, המנועים החדשים מסתמכים על מערכות של הפחתה קטליטית נבחרת או טכנולוגיית החזרת גזי עֵבר כדי לעמוד בדרישות המחמירות הללו. בחינת מגבלות חומר חלקיקי מספרת סיפור דומה, כאשר ערך זה ירד מ-0.40 גרם/קילוואט-שעה ב-Tier 1 ועד ל-0.10 גרם/קילוואט-שעה במנועי Tier 3.

שכבת	מגבלת NOx (גרם/קילוואט-שעה)	מגבלת PM (גרם/קילוואט-שעה)	תקופת יישום
שלב 1	≤ 14.4	≤ 0.40	2000–2011
Tier 2	≤ 7.7	≤ 0.20	2011–2016
שלב 3	≤ 2.0	≤ 0.10	2016–הווה

דרישות להסכמה בשלב 3 באזורים בקרת הפליטה (ECAs)

ספינות הפועלות באזורים בקרת הפליטה כמו החוף הצפון אמריקאי וים הבלטי חייבות לעמוד בתקני Tier 3, כלומר לצמצם את פליטות חומדי החנקן ב-80% בהשוואה למנועי Tier 1 ישנים. מרבית בעלי הספינות בוחרים באחת משתי דרכי פעולה כדי לעמוד בדרישה זו. חלק בוחרים להתקין מערכות יישור קטליטי סלקטיביות על מונעים קיימים, בעוד אחרים עוברים ל hybrids המופעלים בגז טבעי נוזלי. גם תקנות ריכוז הגופרית באותה אזורים מחמירות באותה מידה, עם הגבלה מרבית של 0.10%. כדי לעמוד בדרישות, הספינות שורפות דלק עם תוכן גופרית נמוך במיוחד או משקיעות בטכנולוגיה יקרה של שוחרי עישן (Scrubbers) שמנקה את גזי הפליטה לפני שהם עוזבים את הארובה.

מקרה לדוגמה: יישום Tier 3 על ספינות הפועלות באזור הבקרה הפליטות הצפון אמריקאי

בשנת 2023, חוקרים בחנו 24 כלי שיט מטען שפעלו באזור ה-ECA של צפון אמריקה וגילו משהו מעניין. כאשר הם שדרגו את המנועים שלהם לתקני Tier 3, פליטות תחמוצות חנקן ירדו בכ-92% בהשוואה לדגמים ישנים יותר של Tier 1. אבל היה מלכוד עבור בעלי ספינות רבים. כשליש מהן התמודדו עם חשבונות תיקונים גדולים יותר מכיוון שהמערכות החדשות והמפוארות הללו נזקקו להחלפות קבועות של מסנני SCR. הוצאות נוספות אלו נעו בין כשמונה עשר אלף לארבעים וחמישה אלף דולר מדי שנה. עם זאת, בדיקה של הארגון הימי הבינלאומי בשנה שעברה גילתה שרוב החברות עמדו בתקנות, כאשר כ-89 מתוך כל 100 ספינות עמדו בתקנות. אלו שלא עמדו בתקנות ספינות ספגו קנסות חמורים בממוצע של כשלוש מאות עשרים אלף דולר להפרה. כדי לסייע בניהול טוב יותר של מערכות מורכבות אלו, יותר ויותר עסקים ימיים פונים לתוכנת תחזוקה חזויה המסייעת לשמור על מערכות טיפול לאחר השימוש פועלות כראוי תוך מזעור תקלות בלתי צפויות במהלך פעולות קריטיות.

הערכת היתכנות של תקנים שלב 4 למחוללי דיזל ימיים

תקנות שלב 4 סופיות: התחלת הדרך בתקני מנועים יבשתיים

תקני הפליטה של שלב 4 החלו כדרישות למנועים לא-דרכניים על בסיס יבשתי, ודחפו יצרנים לצמצם פליטות חומדי חנקור וחלקיקים באמצעות טכנולוגיות טיפול חדשות. ארגון המרינה הבינלאומי עדיין לא העביר את התקנים האלה לספינות, אך נערכות דיונים מתמשכים על יישום חלק מהמושגים הללו בתקנות ימיות עתידיות. עם זאת, התאמה ישירה של פתרונות יבשתיים אלה לספינות עומדת בפני אתגרים אמיתיים בשל מגבלות מקום ודרישות הנדסיות שונות בסביבה ימית.

אתגרים טכנולוגיים בהתאמת דרישות שלב 4 ליישומים ימיים

התקנת מערכות שקולות לרמה 4 על מנועי דיזל ימיים אינה פשוטה במיוחד. רכיבי הטיפול שלאחר מכן, כגון יחידות הצמצם תגובתי בורר (SCR) ומסנני חלקיקי דיזל (DPF), תופסים כ-18 עד 25 אחוז יותר מקום בהשוואה ל yapıות של רמה 3. בנוסף, הרכיבים האלה נאבקים בשמירה על עמידות כאשר הם נתונים לתנאים הקיצוניים בים. דוח אחרון מהשוק הצפוני-אמריקאי של מנועי דיזל ימיים מדגיש גם נקודה משמעותית: מים מלוחים חודרים לכל מקום בספינה, והרטיטים המתמשכים פשוט מאצים את ההתדרדרות. ספציפית עבור קטליטי SCR, תוחלת החיים שלהם יורדת בכ-40% בהשוואה לציוד דומה המשמש על האדמה. זה הגיוני בהתחשב בכמה שהסביבה הימית מלחיצה יותר על מערכות מכניות לאורך זמן.

וויכוח בתעשייה: האם רמה 4 ישימה למערכות מחוללי דיזל ימיים?

תעשיית הים מחולקת למדי בנוגע לעניין הזה כרגע. כשבדקנו את תוצאות הסקר של מפעילים, כ-62 אחוז אמרו שעיצובי הספינות הקיימים פשוט לא מציעים מספיק מקום להפצת חשמל מתאימה הנדרשת על ידי מערכות תאום לרמה 4. התומכים בתקנות אלו טוענים שהן יעזרו למעשה לקדם את השימוש במנועים היברידיים, אך אנשים העובדים בשטח מודאגים מכך שכמה פעמים יש לנקות את מסנני חלקיקי הדיזל – כל 450 עד 500 שעות פעילות. תחזוקה קבועה שכזו מפריעה מאוד ללוחות הזמנים של העבודה. יש גם תקווה באפשרויות הטיפול המודולריות של פליטת העשן, אם כי רוב המומחים מסכימים שעדיין נדרשים עוד כשנתיים עד שלוש של ניסוי בפועל בים לפני שמישהו ישקול ליישם אותן בצורה רחבה across צייות.

אישורים והמסגרת הרגולטורית למנועי דלק בעירה בכוח ימיים

סיווג ה-EPA של מנועי בעירה בכוח ימיים לפי תפוקת עוצמה

מנועי דחיסה בעירה-דחיסה ימיים ממוינים לקטגוריות שונות בהתאם לפלט הכוח שלהם, כדי שאגף ההגנה על הסביבה יוכל ליישם אמצעי בקרת פליטה ספציפיים. עבור מנועים המייצרים יותר מ-37 קילוואט, קיימות הגבלות חמורות יותר על חומרי חנקן וחומר חלקיקי, בהתאם להוראות שהונחו בנוגע למנועים לא-דרכתיים. המנועים הגדולים יותר ש אנו רואים בפעילות מסחריות של ציוד ימי צריכים לאמץ טכנולוגיה מתוחכמת למדי, רק כדי לשמור על התאמה לדרישות אלו. דברים כמו מערכות החזרת גזי עֵבר או התקנות להפחתה בקרה בקיטוליזה נהיים להוספות הכרחיות לספינות שרוצות לפעול בתוך הגבולות החוקיים, תוך כדי ביצוע העבודה בצורה יעילה בים.

תהליך אישור לגנרטורים דיזל ימיים לפי התקנות הפדרליות של ארצות הברית

תהליך האישור של ארצות הברית מחייב בדיקות קפדניות במיוחד ליישומים ימיים, הכוללות מחזורי עבודה ספציפיים שסירות באמת חווים על המים. זה אומר להציב מנועים במבחני עומס טרנזיטיביים ולסמל את מה שקורה כששופעים אותם בתנאי מים מלוחים אמיתיים לאורך זמן. לפי חוקי הממשלה האחרונים, יצרנים חייבים להוכיח שהם עומדים בדרישות בתחום של לפחות 80 אחוז מההספק שהמנוע מציג. יש גם מספר נקודות בדיקה חשובות בדרך. ראשית מגיע אישור לטכנולוגיות בקרת מנוע שונות לפני תחילת הייצור. לאחר מכן יש לקחת בחשבון כיצד רכיבים הולכים ונשחקים באופן טבעי, כדי שהפליטות ישארו בתוך הגבולות לאורך כל מחזור החיים של 10,000 שעות של הציוד. התהליך כולו מבטיח שמוצרי ים מאושרים ימשיכו לפעול בצורה אמינה גם אחרי שנים של פעילות מתמדת בסביבות קשות.

יישום דרישות רגולטוריות לאומיות ובינלאומיות

התקנים של הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) מדרגה 4 דורשים הפחתה של כ-90 אחוז בהפלטת חומרי חנקן (NOx) בהשוואה לציוד ישן יותר מממדרגה 1. בינתיים, באיגוד המריטימי הבינלאומי, הם עבדו קשה על בקרת גזי גופרית (SOx) וחומרי חנקן (NOx) באמצעות התקנות MARPOL תוספת VI. יצרני מחוללי דיזל ימיים כיום מצטיידים לעיתים קרובות באפשרויות דלק כפול ומערכות טיפול מודולריות המסוגלות לעמוד בדרישות שונות אלו. לחברות המייצרות מנועים שצריכים לפעול ברחבי העולם, יישום משותף של שיטות בדיקה ומטרות הפלטה הוא לא רק עוזר – אלא הכרחי כדי להישאר תחרותיות באזורים שונים מבלי לעצב שוב ושוב את המוצרים שלהם מההתחלה.

שאלות נפוצות

מהי היעד העיקרי של תוספת VI של MARPOL?

היעד העיקרי של תוספת VI של MARPOL הוא להפחית את זיהום האוויר שמזהמים ממנועי ספינות, באמצעות בקרת הפלטת חומרי חנקן (NOx), חומרי גפרית (SOx) וחומר חלקיקי (PM).

למה תקנים של דרגה 3 חשובים?

תקני דרגה 3 חשובים מכיוון שהם מקטינים בצורה משמעותית את הפליטה של חומרי חנקן (NOx) ב-80% בערך, בהשוואה לתקנים ישנים יותר, ומבטיחים אויר נקי יותר ודרכי התאמה בתחום בקרת פליטות (ECAs).

אילו קשיים עומדים בפני מפעילי ספינות בדרגה 4 של התקנים?

מפנייקי ספינות מתמודדים עם קשיים בדרגה 4 של התקנים עקב מגבלות של שטח וצורך בשיפוץ תכוף של מסנני חלקיקים דיזל, מה שיכול להפריע ללוחות הזמנים של הפעילות.

איך דלקים חלופיים כמו LNG עוזרים לעמוד בדרישות פליטות?

דלקים חלופיים כמו גז טבעי בכירור (LNG) עוזרים לעמוד בדרישות פליטות על ידי ייצור של פחות פליטות בהשוואה לדלקים ימיים מסורתיים, ועוזרים בהתאמה למגבלות גופרית וחומרי חנקן.