Судоходство и экология: мазут со скруббером безопаснее чистого топлива?

В 2020 году Международная морская организация (IMO) ввела обязательное ограничение на содержание серы в судовом топливе для снижения вредного воздействия на окружающую среду и здоровье людей. Это поставило судоходные компании перед выбором из трех основных вариантов действий.

Компании могли перейти на использование ископаемого топлива с низким содержанием серы, такого как судовой газойль. Другим вариантом была установка систем очистки выхлопных газов, известных как скрубберы, для удаления серы из дыма, образующегося при сжигании мазута (тяжелого судового топлива). Биотопливо с низким содержанием серы также представляло альтернативу, однако его ограниченная доступность делает этот вариант менее практичным.

Установка скрубберов оказалась наиболее целесообразным и экономически выгодным решением. Тем не менее среди компаний, политиков и ученых долгое время существовала неопределенность относительно того, насколько «зеленой» является эта технология.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), Технологического института Джорджии (Georgia Tech) и других организаций провели новую оценку жизненного цикла. Результаты показывают, что сжигание мазута с использованием скрубберов в открытом океане может быть сопоставимо или даже предпочтительнее использования низкосернистого топлива, если учитывать широкий спектр экологических факторов.

Ученые объединили данные о производстве и эксплуатации скрубберов и топлива с измерениями выбросов, сделанными непосредственно на борту океанского грузового судна.

Анализ всей цепочки поставок показал, что сжигание мазута со скрубберами является наименее вредным вариантом почти по всем 10 изученным факторам воздействия на окружающую среду. Среди этих факторов – выбросы парниковых газов, закисление суши и образование озона.

Нил Гершенфельд, профессор MIT, директор Center for Bits and Atoms (CBA) и старший автор исследования, отмечает, что в рамках сотрудничества с компанией Oldendorff Carriers по изучению путей снижения воздействия судоходства на окружающую среду, это исследование скрубберов выявило неожиданно глубокий и важный вопрос переходного периода.

Ведущий автор Патрисия Статату, доцент Технологического института Джорджии, начавшая это исследование еще будучи постдокторантом в CBA, добавляет, что заявления об экологических рисках и политике по их смягчению должны подкрепляться научными данными. Она считает необходимым анализировать данные объективно и проводить исследования, учитывающие полную картину, чтобы иметь возможность сравнивать различные варианты с единой точки зрения.

В работе также участвовали Майкл Триантафиллу, Генри Л. и Грейс Доэрти и другие сотрудники Национального технического университета Афин в Греции и судоходной компании Oldendorff Carriers. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Science and Technology.

Тяжелое судовое топливо, традиционно используемое балкерами, составляющими около 30 процентов мирового морского флота, обычно содержит от 2 до 3 процентов серы. Это значительно превышает установленный IMO в 2020 году предел в 0,5 процента для большинства районов океана и 0,1 процента вблизи населенных пунктов или экологически чувствительных зон.

Выбросы оксидов серы способствуют загрязнению воздуха, образованию кислотных дождей и могут наносить вред дыхательной системе человека.

В 2018 году скрубберы использовали менее 1000 судов. После введения ограничений рост цен на низкосернистое ископаемое топливо и ограниченная доступность альтернативных видов топлива побудили многие компании установить скрубберы, чтобы продолжать использовать мазут.

Сегодня скрубберами оснащены более 5800 судов, большинство из которых используют «мокрые» системы открытого цикла.

Патрисия Статату поясняет, что скрубберы – это очень зрелая технология, которая десятилетиями традиционно применялась на наземных объектах, таких как электростанции, для удаления загрязняющих веществ.

Судовой скруббер «мокрого» типа с открытым контуром представляет собой большой металлический вертикальный резервуар, установленный в выхлопной трубе судна над двигателями. Внутри него морская вода, забираемая из океана, распыляется через систему форсунок вниз, промывая горячие выхлопные газы, выходящие из двигателей.

Морская вода вступает в реакцию с диоксидом серы в выхлопе, превращая его в сульфаты — водорастворимые, экологически безопасные соединения, естественно присутствующие в морской воде. Промывочная вода сбрасывается обратно в океан, а очищенные выхлопные газы выводятся в атмосферу практически без выбросов диоксида серы.

Однако кислая промывочная вода может содержать другие побочные продукты сгорания, такие как тяжелые металлы. Поэтому ученые задались вопросом, сопоставимы ли скрубберы с использованием низкосернистого топлива с точки зрения комплексного воздействия на окружающую среду.

Несколько предыдущих исследований изучали токсичность промывочной воды и загрязнение топливной системы, но ни одно из них не давало полной картины.

Исследователи решили восполнить этот научный пробел, проведя анализ по принципу «от скважины до кильватера».

Команда выполнила оценку жизненного цикла, используя глобальную экологическую базу данных о производстве и транспортировке ископаемого топлива, включая мазут, судовой газойль и топливо с очень низким содержанием серы. Учет всего жизненного цикла каждого вида топлива является ключевым, поскольку производство низкосернистого топлива требует дополнительных этапов переработки на НПЗ, что вызывает дополнительные выбросы парниковых газов и твердых частиц.

Патрисия Статату отмечает, что если рассматривать только процессы до бункеровки топлива на судно, то мазут оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем низкосернистые виды топлива.

Исследователи также сотрудничали с производителем скрубберов для получения подробной информации обо всех материалах, производственных процессах и этапах транспортировки, связанных с изготовлением и установкой судовых скрубберов.

Она добавляет, что учитывая срок службы скруббера около 20 лет, воздействие его производства на окружающую среду в течение всего срока службы незначительно по сравнению с производством мазута.

На заключительном этапе Патрисия Статату провела неделю на борту балкера в Китае для измерения выбросов и сбора образцов морской и промывочной воды. Судно работало на мазуте со скруббером и на низкосернистом топливе в схожих океанских условиях и при одинаковых настройках двигателя.

Сбор данных на борту оказался самой сложной частью исследования. Статату делится впечатлениями, говоря, что все защитное снаряжение в сочетании с жарой и шумом от двигателей на движущемся судне было очень тяжело переносить.

Результаты показали, что скрубберы снижают выбросы диоксида серы на 97 процентов, что по этому показателю ставит мазут в один ряд с низкосернистым топливом. Аналогичные тенденции наблюдались и для выбросов других загрязняющих веществ, таких как оксид углерода и оксиды азота.

Кроме того, образцы промывочной воды были протестированы более чем по 60 химическим параметрам, включая азот, фосфор, полициклические ароматические углеводороды и 23 металла.

Концентрации химических веществ, регулируемых IMO, оказались значительно ниже требований организации. Для нерегулируемых химикатов исследователи сравнили концентрации с самыми строгими лимитами для промышленных стоков, установленными Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и Европейским союзом (EU).

Большинство концентраций химических веществ были как минимум на порядок ниже этих требований. Более того, поскольку промывочная вода разбавляется в тысячи раз при рассеивании движущимся судном, концентрации таких химикатов в открытом океане будут еще ниже.

Эти выводы позволяют считать, что использование скрубберов с мазутом может быть эквивалентно или даже более экологично, чем использование низкосернистого топлива по многим изученным категориям воздействия.

Скотт Бержерон, управляющий директор Oldendorff Carriers и соавтор исследования, говорит, что данное исследование демонстрирует научную сложность вопроса отходов от скрубберов и что благодаря многолетнему, всестороннему и рецензируемому исследованию распространенные опасения и предположения теперь развеяны.

Патрисия Статату заключает, что это исследование показывает важность включения оценок жизненного цикла в будущие стратегии по снижению воздействия на окружающую среду. Она подчеркивает, что идет много дискуссий о переходе на альтернативные виды топлива, но необходимо тщательно проверять, насколько они «зеленые», сравнивая их на равных с существующими решениями, чтобы видеть все затраты и выгоды.