Studie: Spalování těžkého topného oleje se scrubbery je nejlepší dostupnou volbou pro námořní dopravu

Když Mezinárodní námořní organizace (IMO) v roce 2020 zavedla povinný limit na obsah síry v námořních palivech s cílem snížit škodlivé dopady na životní prostředí a zdraví, nechala to přepravním společnostem tři hlavní možnosti.

Mohly spalovat nízkosírová fosilní paliva, jako je námořní motorová nafta, nebo instalovat čisticí systémy k odstranění síry z výfukových plynů vznikajících při spalování těžkého topného oleje. Biopaliva s nižším obsahem síry nabízejí další alternativu, ačkoli jejich omezená dostupnost z nich dělá méně proveditelnou možnost.

Zatímco instalace čisticích systémů výfukových plynů, známých jako scrubbery, je nejproveditelnější a nejvýhodnější volbou, mezi firmami, tvůrci politik a vědci panuje značná nejistota ohledně toho, jak \"zelené\" tyto scrubbery jsou.

Pomocí nové analýzy životního cyklu vědci z MIT, Georgia Tech a dalších institucí zjistili, že spalování těžkého topného oleje se scrubbery na otevřeném oceánu může konkurovat nebo dokonce překonat používání nízkosírových paliv, vezme-li se v úvahu široká škála environmentálních faktorů.

Vědci kombinovali data o výrobě a provozu scrubberů a paliv s měřeními emisí provedenými na palubě oceánské nákladní lodi.

Zjistili, že při zohlednění celého dodavatelského řetězce bylo spalování těžkého topného oleje se scrubbery nejméně škodlivou volbou z hlediska téměř všech 10 studovaných faktorů environmentálního dopadu, jako jsou emise skleníkových plynů, acidifikace půdy a tvorba ozonu.

\"V naší spolupráci s Oldendorff Carriers na širokém zkoumání snižování environmentálního dopadu lodní dopravy se tato studie scrubberů ukázala jako nečekaně důležitá a zásadní otázka,\" říká Neil Gershenfeld, profesor MIT, ředitel Centra pro bity a atomy (CBA) a hlavní autor studie.

\"Tvrdí se o environmentálních nebezpečích a o politikách jejich zmírnění by měly být podloženy vědou. Je třeba vidět data, být objektivní a navrhovat studie, které berou v úvahu celkový obraz, abyste mohli porovnávat různé možnosti z perspektivy \"jablek s jablky\", \" dodává hlavní autorka Patricia Stathatou, profesorka na Georgia Tech, která s touto studií začala jako postdoktorandka v CBA.

Stathatou se v článku zúčastnil Michael Triantafyllou, profesor Henry L. a Grace Doherty v oblasti oceánografie a inženýrství na katedře strojírenství a další na Národní technické univerzitě v Athénách v Řecku, Naias Laboratories a námořní přepravní firmě Oldendorff Carriers. Výzkum se dnes objevuje v časopise Environmental Science and Technology.

Snižování emisí síry

Těžký topný olej, tradičně spalován hromadnými nosiči, které tvoří přibližně 30 procent globální námořní flotily, má obvykle obsah síry kolem 2 až 3 procent. To je mnohem vyšší než limit IMO z roku 2020 0,5 procenta ve většině oblastí oceánu a 0,1 procenta v oblastech v blízkosti populačních center nebo ekologicky citlivých oblastí.

Emise oxidu siřičitého přispívají ke znečištění ovzduší a kyselým dešťům a mohou poškodit lidské dýchací ústrojí.

V roce 2018 používalo scrubbery méně než 1 000 lodí. Poté, co vstoupil v platnost limit, vedly vyšší ceny nízkosírových fosilních paliv a omezená dostupnost alternativních paliv mnoho firem k instalaci scrubberů, aby mohly nadále spalovat těžký topný olej.

Dnes více než 5 800 plavidel využívá scrubbery, z nichž většina jsou mokré, otevřené scrubbery.

\"Scrubbery jsou velmi vyspělá technologie. Tradičně se používají po desetiletí v pozemních aplikacích, jako jsou elektrárny, k odstraňování znečišťujících látek,\" říká Stathatou.

Mokrý, otevřený námořní scrubber je obrovská kovová vertikální nádrž instalovaná ve výfukovém komíně lodi nad motory. Uvnitř se mořská voda odebíraná z oceánu rozstřikuje sérií trysek dolů, aby se omývaly horké výfukové plyny, jak opouštějí motory.

Mořská voda reaguje s oxidem siřičitým ve výfukových plynech a přeměňuje jej na sulfáty – ve vodě rozpustné, ekologicky neškodné sloučeniny, které se přirozeně vyskytují v mořské vodě. Vyplachovací voda se vypouští zpět do oceánu, zatímco vyčištěné výfukové plyny unikají do atmosféry s malými nebo žádnými emisemi oxidu siřičitého.

Ale kyselá vyplachovací voda může obsahovat i další spalovací produkty, jako jsou těžké kovy, takže vědci se divili, zda jsou scrubbery z holistického environmentálního hlediska srovnatelné se spalováním nízkosírových paliv.

Několik studií zkoumalo toxicitu vyplachovací vody a znečištění palivového systému, ale žádná nenamalovala úplný obrázek.

Výzkumníci se rozhodli tuto vědeckou mezeru vyplnit.

Analýza \"od zdroje po záď\"

Tým provedl analýzu životního cyklu s využitím globální databáze životního prostředí o výrobě a transportu fosilních paliv, jako je těžký topný olej, námořní motorová nafta a velmi nízkosírové palivo. Zohlednění celého životního cyklu každého paliva je klíčové, protože výroba nízkosírového paliva vyžaduje další kroky zpracování v rafinérii, což způsobuje další emise skleníkových plynů a pevných částic.

\"Pokud se podíváme pouze na vše, co se děje před tím, než je palivo natankováno na palubu plavidla, těžký topný olej je z hlediska životního prostředí výrazně méně náročný než nízkosírová paliva,\" říká.

Výzkumníci také spolupracovali s výrobcem scrubberů, aby získali podrobné informace o všech materiálech, výrobních procesech a dopravních krocích zapojených do výroby a instalace námořních scrubberů.

\"Pokud vezmete v úvahu, že scrubber má životnost asi 20 let, environmentální dopady výroby scrubberu během jeho životnosti jsou zanedbatelné ve srovnání s výrobou těžkého topného oleje,\" dodává.

Pro finální část strávila Stathatou týden na palubě hromadné nákladní lodi v Číně, aby měřila emise a sbírala vzorky mořské vody a vyplachovací vody. Loď spalována těžký topný olej se scrubberem a nízkosírová paliva za podobných oceánských podmínek a nastavení motorů.

Shromažďování těchto dat na palubě bylo nejobtížnější částí studie.

\"Všechna bezpečnostní výstroj v kombinaci s teplem a hlukem z motorů na pohybující se lodi byla velmi náročná,\" říká.

Jejich výsledky ukázaly, že scrubbery snižují emise oxidu siřičitého o 97 procent, což staví těžký topný olej na úroveň nízkosírových paliv podle tohoto měřítka. Vědci zaznamenali podobné trendy u emisí jiných znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý a oxid dusný.

Kromě toho testovali vzorky vyplachovací vody na více než 60 chemických parametrů, včetně dusíku, fosforu, polycyklických aromatických uhlovodíků a 23 kovů.

Koncentrace chemikálií regulovaných IMO byly daleko pod požadavky organizace. U neregulovaných chemikálií výzkumníci porovnávali koncentrace s nejpřísnějšími limity pro průmyslové odpady od EPA a Evropské unie.

Většina koncentrací chemických látek byla alespoň o řád nižší než tyto požadavky.

Kromě toho, protože vyplachovací voda je zředěna tisícinásobně, jak se rozptyluje pohybujícím se plavidlem, koncentrace takových chemikálií by byly v otevřeném oceánu ještě nižší.

Tyto poznatky naznačují, že použití scrubberů s těžkým topným olejem lze považovat za stejně nebo více šetrné k životnímu prostředí než nízkosírová paliva v mnoha kategoriích dopadů, které vědci studovali.

\"Tato studie ukazuje vědeckou složitost odpadních proudů scrubberů. Po konečném provedení víceleté, komplexní a recenzované studie jsou nyní běžně rozšířené obavy a předpoklady vyvráceny,\" říká Scott Bergeron, výkonný ředitel Oldendorff Carriers a spoluautor studie.

\"Tato první studie na bázi \"od zdroje po záď\" poskytuje velmi cenný vstup do probíhající diskuse v IMO,\" dodává Thomas Klenum, výkonný viceprezident pro inovace a regulační záležitosti na Liberijském registru, a zdůrazňuje potřebu \"aby regulační rozhodnutí byla přijímána na základě vědeckých studií poskytujících faktická data a závěry.\"

Tato studie nakonec ukazuje, jak důležité je začlenit posouzení životního cyklu do budoucích politik snižování dopadu na životní prostředí, říká Stathatou.

\"Existuje tolik diskusí o přechodu na alternativní paliva v budoucnu, ale jak zelená jsou tato paliva? Musíme si dát záležet na tom, abychom je stejně porovnávali s existujícími řešeními, abychom viděli náklady a přínosy,\" dodává.

Tuto studii částečně podpořila společnost Oldendorff Carriers.