Које стандарде морају да испуњавају морски генератори са дизел погоном за бродове?

Увод у ИМО-ов МАРПОЛ Протокол VI и Технички кодекс за НОкс

MARPOL Dodatak VI pod okriljem Međunarodne morske organizacije nameće stroge svetske ograničenja emisija iz brodskih motora, posebno ciljajući okside azota (NOx), okside sumpora (SOx) i čestice (PM). Ova regulativa je prvi put uvedena još 2005. godine i od tada je prošla kroz više ažuriranja. Pravila se primenjuju uglavnom na veće motore sa snagom preko 130 kW, sa različitim nivoima standarda za NOx u zavisnosti od vremena izgradnje ili ugradnje motora. Kada je međunarodni limit sumpora drastično smanjen 2020. godine na samo 0,50% sadržaja sumpora u brodskim gorivima, brodarskim kompanijama nije ostalo ništa drugo do da znatno ulože u tehnologije poput ispušnih skrubera ili potpuno pređu na alternativna goriva kao što je tečni prirodni gas (LNG). Ovaj regulatorni pomak izazvao je ogromnu transformaciju tržišta u celokupnom pomorskom sektoru.

Uloga Međunarodne morske organizacije u regulisanju emisija dizel generatora na brodovima

Međunarodna morska organizacija radi na usklađivanju pravila o emisijama za sve 175 zemalja koje predstavlja. To znači da brodovi širom sveta prolaze kroz slične testove, dobijaju sertifikate na uporedive načine i podliježu doslednoj primeni propisa kada je u pitanju njihova morska dizel motorna postrojenja. Tehnički kod IMO-a za NOx zahteva od proizvođača da dokažu kako njihovi motori ispunjavaju standarde putem tipskih odobrenja koja uzimaju u obzir kako se ovi motori zapravo ponašaju u stvarnim uslovima. Kompanije moraju dostaviti detaljne informacije o tome šta njihovi motori emituju pri različitim opterećenjima. Ovi zahtevi pomažu u koordinaciji napora sa grupama poput Američke agencije za zaštitu životne sredine, omogućavajući bolju saradnju između globalnih standarda i lokalnih propisa. Kada se međunarodni i nacionalni propisi više usklade, ispunjenje uslova postaje lakše za operatere brodova širom sveta.

Kako standardi emisija oblikuju projektovanje i rad morskih dizel generatora

Moderni brodski dizel generatori danas moraju da zadovolje stroge standarde Trećeg nivoa (Tier III), zbog čega proizvođači počinju da dodaju stvari poput sistema za selektivnu katalitičku redukciju, bolje konstruisane komore za sagorevanje i znatno precizniju kontrolu ubrizgavanja goriva. Sva ova poboljšanja drastično su smanjila emisiju oksida azota, otprilike za 80 procenata manje u odnosu na stare motore, prema istraživanju Rajua i saradnika iz 2021. godine. Još jedna velika promena je bila prelazak na ultra niskosumporni dizel kao standard u celoj industriji. Ovo čistije gorivo pomaže da se emisija čestica smanji za oko tri četvrtine, bez gubitka pouzdanosti rada ovih mašina dnevno i svakodnevno na moru.

Sistem klasifikacije nivoa: Od prvog do trećeg nivoa saglasnosti

Poređenje granica emisije za prvi, drugi i treći nivo za brodske dizel motore

Мотори за морску дизел гориво деле се у три различите категорије у зависности од емисије азотних оксида, као што је одредила Међународна морска организација. Прва категорија обухвата моторе направљене пре 2000. године кад су могли да емитују до 14,4 грама по киловат-сату NOx. Након 2011. године дошло је до промена због стандарда Другог степена који су смањили дозвољену емисију на око половину те количине, на 7,7 g/kWh, захваљујући бољим техникама сагоревања. Затим су уследиле прописи Трећег степена који важе од 2016. године, специфично у одређеним регионима, где бродови сада морају ограничити емисију NOx на само 2,0 g/kWh. То представља импресивно смањење од око 80% у поређењу са оним што је било дозвољено у првим данама. Ови новији мотори често користе системе селективне каталитичке редукције или технологију рециркулације издувних гасова како би испунили ове строге захтеве. Ако погледамо ограничења за честице, прича је слична — смањила се са 0,40 g/kWh у оквиру Првог степена све до 0,10 g/kWh код мотора Трећег степена.

Razina	Ограничење NOx (g/kWh)	Ограничење PM (g/kWh)	Период имплементације
Ниво 1	≤ 14,4	≤ 0,40	2000–2011
Ниво 2	≤ 7,7	≤ 0,20	2011–2016
Ниво 3	≤ 2.0	≤ 0.10	2016–данас

Захтеви за испуњење Тхреа 3 у зонама контроле емисија (ЕЦА)

Бродови који оперишу у зонама контроле емисија као што су северноамеричка обала и Балтичко море морају да испуњавају стандарде Тхреа 3, што значи смањење емисије азотних оксида за 80% у односу на старије моторе Тхреа 1. Већина бродских оператера пролази кроз један од два приступа приликом испуњавања овог захтева. Неки бирају инсталацију селективних каталитичких редукционих система на своје постојеће генераторе, док други прелазе на хибридне системе напајане течним природним гасом. Прописи о садржају сумпора су подједнако строги у овим зонама, са максималном границом од 0,10%. Да би испунили захтеве, бродови користе специјално гориво са ниским садржајем сумпора или улажу у скупу технологију скрубера која чисти отпадне гасове пре него што напусте цев.

Студија случаја: Имплементација Тхреа 3 на бродовима који оперишу у северноамеричкој ЕЦА

Године 2023, истраживачи су испитали 24 теретна брода која плове у региону Северне Америке и открили нешто занимљиво. Кад су ажурирали своје моторе на Трећи степен, емисија азотних оксида је опала за око 92% у поређењу са старијим моделом Првог степена. Међутим, постојао је проблем за многе власнике бродова. Око трећине њих су имали веће трошкове поправки због чињенице да тим новим системима редовно требају замене SCR филтера. Ови додатни трошкови кретали су се између отприлике осамнаест хиљада и четрдесет пет хиљада долара годишње. Ипак, преглед Међународне морнаричке организације прошле године показао је да већина компанија поштује прописе, са око 89 од сваких 100 бродова у складу са захтевима. Они који нису били у складу су суочени са озбиљним казнама које у просеку износе око триста двадесет хиљада долара по прекршају. Да би боље управљали овим сложеним системима, све више поморских предузећа користи софтвер за предиктивну одржавање који помаже у одржавању правилног рада система за послеобрађивање и минимизира неочекиване кварове током критичних операција.

Процена изводљивости стандарда четвртог нивоа за морске дизел генераторе

Коначни прописи четвртог нивоа: Порекло у стандардима за наземне моторе

Стандарди емисије четвртог нивоа настали су као захтеви за наземне моторе ван путева, чиме се произвођачи подстичу да смање емисију оксида азота и честица коришћењем нових технологија послеобрађивања. Међународна морнаричка организација још увек није пренела ове стандарде на бродове, али траје расправа о примени неких од истех концепата на будуће поморске прописе. Међутим, директно прилагођавање ових наземних решења бродовима представља стварне изазове због ограничења простора и различитих инжењерских захтева на мору.

Технолошки изазови у прилагођавању захтева четвртог нивоа поморским применама

Уградња система еквивалентних четвртом нивоу на морним дизел генераторима није баш једноставан посао. Компоненте за послеобрађивање, као што су системи селективне каталитичке редукције (SCR) и филтри за дизел честице (DPF), заузимају око 18 до 25 процената више простора у односу на конфигурације трећег нивоа. Осим тога, ове компоненте имају проблема са издржљивошћу кад су изложени тешким условима на мору. Недавно извештај са тржишта морних дизел мотора Северне Америке указује и на нешто веома значајно. Слана вода проникне свуда на бродовима, а сталне вибрације убрзавају хабање делова. Конкретно код SCR катализатора, очекивани век трајања се смањује за око 40% у поређењу са сличном опремом која се користи на копну. То је разумљиво, имајући у виду колико су морски услови напорнији за механичке системе у дужем временском периоду.

Дебата у индустрији: Да ли је четврти ниво практичан за системе морских дизел генератора?

Морска индустрија је тренутно прилично подељена у погледу овог питања. Када смо погледали резултате анкете код оператора, око 62 процента је рекло да постојећи дизајни бродова једноставно немају довољно простора за одговарајућу дистрибуцију енергије која је потребна за системе према Тх-4 стандарду. Заступници ових прописа тврде да ће они заправо потакнути употребу хибридних мотора, али особље на терену забринуто је због тога колико често се филтери честица из ексхауста морају чистити сваких 450 до 500 радних сати. Таква редовна одржавања заиста ометају графике рада. Постоји нада и у модуларним опцијама за пречишћавање ексхауста, иако већина стручњака сматра да ће им и даље бити потребно две до три године практичног тестирања на мору пре него што би ико размишљао о широком увођењу у целу флоту.

Сертификација и регулаторни оквир за поморске моторе са компресионим паљењем

ЕПА класификација поморских мотора са компресионим паљењем према излазној снази

Мотори за морску намену са компримованим паљењем сврставају се у различите категорије на основу нивоа снаге како би Агенција за заштиту животне средине (EPA) могла да спроводи одређене мере контроле емисија. За моторе који производе више од 37 киловата, постоје строжија ограничења што се тиче емисије азотних оксида и честица, према прописима за моторе који нису намењени за саобраћај на путевима. Већи мотори који се користе у комерцијалној поморској транспортној флоти морају усвојити прилично напредне технологије само да би остали у складу са овим захтевима. Системи рециркулације издувних гасова или посебни каталитички редукциони системи постају неопходне додатке бродовима који желе да раде у оквиру законских граница, а да при томе задрже ефикасност рада на мору.

Поступак сертификације дизел генератора за морску намену према федералним прописима САД

Процес сертификације у САД захтева веома интензивно тестирање за морске примене, обухватајући све специфичне циклусе рада са којима чамци заправо сусрећу на води. То значи испитивање мотора под променљивим оптерећењима и симулацију последица дуготрајног излагања стварним условима морске воде. Према последњим федералним правилима, произвођачи морају показати да испуњавају стандарде у најмање 80 процената капацитета који мотор има по питању снаге. Постоји неколико важних контролних тачака током процеса. Прво долази одобрење разних технологија контроле мотора пре него што започне производња. Затим следи узимање у обзир како се компоненте природно троше, тако да емисије остану у оквиру дозвољених граница током целокупног века трајања опреме од 10.000 радних сати. Цео овај процес осигурава да сертификоване морске машине поуздано раде чак и након година сталне употребе у тешким условима.

Usklađenost nacionalnih i međunarodnih regulatornih zahteva

Standardi EPA Tier 4 zahtevaju smanjenje emisije NOx za oko 90 procenata u poređenju sa starijim opremom prvog nivoa. U međuvremenu, Međunarodna pomorska organizacija ulaže velike napore u kontrolu emisije SOx i NOx kroz propise konvencije MARPOL dodatak VI. Današnji marini dizel generatori često dolaze sa opcijama dvostrukog goriva i modularnim sistemima tretmana koji mogu da zadovolje ove različite zahteve. Za kompanije koje proizvode motore koji moraju da rade širom sveta, usklađivanje svih ovih metoda testiranja i ciljeva emisije nije samo korisno, već je praktično neophodno ako žele da ostanu konkurentne u različitim regionima, bez stalnog ponovnog projektovanja svojih proizvoda od nule.

Често постављана питања

Koji je primarni cilj Dodatka VI konvencije MARPOL?

Primarni cilj Dodatka VI konvencije MARPOL je smanjenje zagađenja vazduha iz ispušnih gasova brodskih motora putem kontrole emisije oksida azota (NOx), oksida sumpora (SOx) i čestica (PM).

Зашто су важни стандарди емисије трећег нивоа?

Стандарди емисије трећег нивоа су важни јер значајно смањују емисију NOx за око 80% у односу на старије стандарде, осигуравајући чистији ваздух и преступ унутар зона контроле емисије (ECAs).

Са којим изазовима се морски оператери суочавају код стандарда четвртог нивоа?

Морски оператери се суочавају са изазовима код стандарда четвртог нивоа због недостатка простора и потребе за честом одржавањем филтера честица из дизел мотора, што може пореметити радне распореде.

Како алтернативна горива попут течног природног гаса помажу у испуњавању стандарда емисије?

Алтернативна горива попут течног природног гаса (LNG) помажу у испуњавању стандарда емисије тако што производе мање емисије у односу на традиционална морска горива, олакшавајући преступ са ограничењима сумпора и оксида азота.