Thành phần và sự tác động của khí thải tàu thủy tới môi trường

Các chất ô nhiễm chính trong không khí từ tàu có trong khí thải / khói thải được tạo ra bởi các động cơ chính và phụ , cùng với nồi hơi . Các chất ô nhiễm này được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu hydrocacbon và các sản phẩm chính tạo ra được liệt kê dưới đây.

• Ôxít nitơ (NOx) – tạo ôzôn
• Ôxít lưu huỳnh (SOx) – tạo ra axit hóa
• Carbon Dioxide (CO2) – là một loại khí ‘nhà kính’
• Carbon Monoxide (CO) – sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn
• Hydrocacbon (HC) – khí, muội than và một số hạt

Để ngăn ngừa ô nhiễm không khí từ tàu biển, nhiều nghị định, quy định tại các quốc gia, tổ chức đã được ban hàng, yêu cầu các cá nhân và chủ doanh nghiệp nắm rõ cũng như áp dụng nghiêm túc.Việc giảm phát thải khí thải có thể đạt được bằng cách sử dụng nhiên liệu sạch hơn hoặc thông qua các công nghệ động cơ sạch hơn, chẳng hạn như chu trình đốt cháy được sửa đổi và / hoặc bộ làm sạch khí thải (bộ lọc, bộ lọc, v.v.), đơn lẻ hoặc kết hợp.

Thành phần khí thải sinh ra từ hoạt động tàu thủy được cảnh báo gây nguy hại đặc biệt cho môi trường

Ôxít nitơ (NOX)

Thuật ngữ này bao gồm sự kết hợp của nitơ và oxy được tạo ra như một sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong không khí. Các khí được tạo ra chủ yếu là oxit nitric (NO) và nitơ đioxit (NO2) cùng với dấu vết của các hóa chất phức tạp khác bao gồm oxit nitơ (N2O) và nitrat (NO3). Lượng được tạo ra có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ đốt cháy – nhiệt độ đỉnh càng lớn thì mức tạo ra càng cao. Mặc dù các khí này cũng xuất hiện trong khí thải lò hơi, nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn dẫn đến tỷ lệ phần trăm được tạo ra thấp hơn. Nhiệt độ và áp suất cao xảy ra trong xi lanh động cơ diesel kết hợp với nhau để tạo ra mức độ tương đối cao của các khí độc hại này.

Tất cả các loại khí này kết hợp với nước và oxy trong khí quyển để tạo ra nitơ và axit nitric có tính ăn mòn cao. Nitrogen dioxide là một loại khí rất độc có màu nâu đỏ gây tổn thương phổi. Ở mực nước biển, những khí này phản ứng với các hợp chất hữu cơ để tạo ra ôzôn ở mức thấp (O3), một chất gây ô nhiễm đáng kể và tạo ra sương mù. Trong tầng cao của bầu khí quyển, các khí tương tự, đặc biệt là NO2, phản ứng loại bỏ ôzôn . Do các khí này dễ dàng di chuyển xa so với nguồn sản xuất thực tế, nên tác động của ô nhiễm do hậu quả là ô nhiễm (khói bụi, mưa axit, v.v.) có thể cách xa nguồn sản xuất nhiều dặm.

Mức độ phát thải của oxit nitơ hiện nay được tuân thủ bằng các sửa đổi trong thiết kế động cơ. Quy định 13 của MARPOL Phụ lục 6 chia động cơ diesel hàng hải thành các nhóm theo ngày sản xuất, nêu rõ lượng khí thải tối đa được phép. Tuy nhiên, nếu động cơ được sửa đổi, động cơ được chế tạo lại phải tuân theo mức áp dụng tại ngày sửa đổi. Để cho phép xác minh sự phù hợp với yêu cầu này, tất cả các động cơ hàng hải phải có hồ sơ cá nhân về các thông số như được chế tạo. Điều này bao gồm chi tiết thành phần và cài đặt của tất cả các mục có thể ảnh hưởng đến việc sản xuất NOx.

Ôxít lưu huỳnh (SOX)

Marpol Phụ lục VI cho phép các Khu vực Kiểm soát Phát thải Lưu huỳnh (SECA) đặc biệt được thiết lập với các biện pháp kiểm soát nghiêm ngặt đối với việc phát thải các ôxít lưu huỳnh (SOx) . Ở những khu vực này, hàm lượng lưu huỳnh trong dầu đốt được sử dụng không được vượt quá 1,5%. Hạn mức này giảm xuống 1,0% vào ngày 1 tháng 7 năm 2010 và sau đó giảm tiếp xuống 0,1% kể từ ngày 1 tháng 1 năm 2016.

Từ ngày 1 tháng 7 năm 2010, Khu vực kiểm soát phát thải lưu huỳnh (SECA) được thay thế bằng Khu vực kiểm soát phát thải (ECA) và kết hợp giảm mức độ của Vật chất dạng hạt (PM) và Ôxít nitơ (NOx) được phép thải vào khí quyển trong khu vực được chỉ định.

IMO sẽ giới hạn lưu huỳnh trong nhiên liệu hàng hải ở mức 0,5% trên toàn cầu từ ngày 1 tháng 1 năm 2020 từ mức 3,5% hiện tại. Điều này sẽ áp dụng bên ngoài ECA nơi giới hạn đã là 0,1%. Các tàu sẽ phải sử dụng nhiên liệu sạch hơn với hàm lượng lưu huỳnh ít hơn, điều này sẽ tốn kém hoặc chuyển sang lắp đặt máy lọc.

Vật chất dạng hạt

Vật chất dạng hạt (PM) thường được chia thành hai loại dựa trên kích thước hạt và bao gồm muội than, tro và nhiên liệu chưa cháy, cùng với các hạt sulphat và nitrat thứ cấp. Các hydrocacbon thơm đa vòng (PAH) có trong dầu nhiên liệu còn sót lại là chất gây ung thư cao và các hạt không cháy được thể hiện trong muội than được tạo ra cùng với kim loại nặng và vật liệu hữu cơ. Tất cả những thứ này đều có thể gây ung thư và các phần tử nhỏ hơn <PM2.5 có thể bị hút sâu hơn vào các đoạn phế quản và được biết là gây ra bệnh hen suyễn, viêm phế quản và suy tim. Các hạt lớn> PM10 thường được lắng đọng tương đối gần với điểm xuất phát, tuy nhiên, các hạt nhẹ hơn và nhỏ hơn có thể ở trong không khí trong một khoảng cách đáng kể. Chạy động cơ bằng nhiên liệu chưng cất (dầu diesel hoặc dầu khí)làm giảm tổng số lượng hạt nhưng không loại bỏ chúng.

Cac-bon đi-ô-xít

Carbon dioxide trong khí quyển là một loại khí nhà kính lớn, và quốc tế đang rất nỗ lực để giảm lượng thải ra. Đây là sản phẩm chính của quá trình đốt cháy và chiếm hơn 5% lượng khí thải từ động cơ diesel và 13% từ lò hơi ống nước. Trong vận chuyển, việc cắt giảm được thực hiện bằng cách cải thiện dần mức tiêu thụ nhiên liệu liên quan đến việc sửa đổi hệ thống đẩy (động cơ và cánh quạt), lớp phủ thân tàu mịn hơn và những thay đổi về thiết kế đối với hình thức thân tàu. Hiện tại, không có luật pháp chung nào kiểm soát lượng CO2 thải ra, tuy nhiên, ở Hoa Kỳ, miền nam California đã đưa ra quy định hạn chế tốc độ 12 hải lý / giờ đối với các tàu trong phạm vi 20 dặm tính từ bờ biển. Điều này nhằm mục đích rõ ràng là giảm tổng lượng khí thải CO2 từ vận chuyển. Có khả năng các khu vực khác sẽ áp dụng các hạn chế tương tự.

Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)

 VOC được chứa trong các phần nhỏ hơn thải ra từ các sản phẩm hóa dầu và dầu, bao gồm cả dầu thô, trong quá trình vận hành hàng hóa và làm sạch bồn chứa. Ở mực nước biển, các hợp chất này phản ứng với các ôxít nitơ để tạo ra ôzôn ở mức thấp (O3), một chất gây ô nhiễm đáng kể và tạo ra sương mù. Ozone là một chất kích thích sâu trong phổi. VOC cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các chất oxy hóa quang hóa khác, chịu trách nhiệm cho nhiều phản ứng hóa học và vật lý trong khí quyển. Nếu có thể, những chất này nên được thải vào bờ qua đường hồi hơi. Một lượng nhỏ hơi không thể thu hồi được sẽ thoát ra từ hệ thống dầu nhiên liệu của tàu, đặc biệt là khi đun nóng dầu nhiên liệu.

Các phương pháp giảm phát thải khí thải

Ngoài việc sử dụng nhiên liệu sạch hơn và cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu, các phương pháp hiện có sẵn để đạt được mức giảm khí thải mong muốn có thể bao gồm một hoặc nhiều điều sau: • Các sửa đổi trong thiết kế động cơ.

• Nhũ tương nước trong nhiên liệu (WIF)
• Phun nước trực tiếp vào xi lanh (DWI)
• Phun nước vào không khí tích điện (CWI) còn được gọi là Làm ẩm không khí lấy rác (SAM)
• Động cơ không khí ẩm (HAM)
• Tuần hoàn khí thải (EGR)
• Giảm xúc tác có chọn lọc (SCR)
• Máy lọc nước kiềm
• Máy chà hóa chất khô
• Máy lọc nước biển
• Bộ lọc ly tâm lốc xoáy
• Bộ lọc tĩnh điện
• Bộ lọc lưới

Nhiều cảng hiện đã bắt buộc các tàu sử dụng năng lượng bờ hoặc năng lượng biển luân phiên để giảm lượng khí thải từ các máy phát điện trên bờ. Điện hàng hải thay thế hoặc ủi lạnh là lấy điện từ bờ biển để chạy các thiết bị phụ trợ của tàu chứ không phải để vận hành máy phát điện của tàu.

Tốc độ thấp dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu ít hơn vì Mức tiêu thụ nhiên liệu (tính bằng MT / dặm) tỷ lệ thuận với (Tốc độ của tàu). Điều này giúp giảm lượng khí thải Nox từ động cơ chính. Đồng thời sử dụng các nhiên liệu sạch hơn như dầu nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp, dầu khí hàng hải, dầu diesel hàng hải giúp giảm đáng kể lượng khí thải. Theo quy định của MARPOL, từ ngày 1 tháng 1 năm 2020, nhiên liệu có ít hơn 0,5% lưu huỳnh phải được sử dụng để giảm lượng khí thải.

Các nguồn năng lượng sạch được ưu tiên sử dụng để giảm phát thải từ tàu thủy

Cũng cần phải theo dõi liên tục khí thải, cùng với hồ sơ của các phép đo kết quả. Hiện tại, phương pháp duy nhất được chấp thuận để loại bỏ CO2 từ khí thải là hệ thống lọc khí, sử dụng điện phân để tăng độ kiềm của nước biển trước khi làm sạch khí. Quá trình này được cho là làm giảm hàm lượng CO2> 75%, NOx> 60% và SOx> 98%. Nước thải sau đó được xử lý trước khi thải nước không có tính axit trở lại biển. Bất kỳ chất rắn nào thu được từ quá trình rửa được giữ lại trên tàu để xử lý trên bờ trong tương lai. Máy chà sàn cũng có thể giảm các hạt từ 40 đến 60%.

Việc sử dụng máy chà sàn đã được phê duyệt cho phép tàu tuân thủ các quy định về lưu huỳnh thấp ngay cả khi sử dụng dầu nhiên liệu nặng có hàm lượng lưu huỳnh cao (<4,5%). Vì khí ra khỏi máy lọc sẽ chứa ít hơn 0,05% lưu huỳnh.

Nguồn tin: https://www.marineinsight.com/