CC BY
1911. Su Y. et al. Large magnetocaloric properties in single-crystal dysprosium titanate // Mater. Lett. Elsevier B.V., 2012. Vol. 72. P. 15-17.
12. Sakakibara T. et al. Liquid - gas transition in the spin-ice dysprosium titanate // J. Magn. Magn. Mater. 2004. Vol. 276. P. 1312-1313.
13. Scharffe S. et al. Heat transport of the spin-ice materials Ho2Ti2O7 and Dy2Ti2O7 // J. Magn. Magn. Mater. Elsevier, 2014. P. 1-5.
14. Lau G.C.Ä. et al. Stuffed rare earth pyrochlore solid solutions. 2006. Vol. 179. P. 3126-3135.
15. Pan T., Lin C. Structural and Sensing Characteristics of Dy2O3 and Dy2TiO5 Electrolyte -Insulator - СЭМiconductor pH Sensors // J. Phys. Chem. 2010. Vol. 114. P. 17914-17919.
16. Lin Y. et al. Integrating solid-state sensor and microfluidic devices for glucose, urea and creatinine detection based on enzyme-carrying alginate microbeads // Biosens. Bioelectron. Elsevier, 2013. Vol. 43. P. 328-335.
17. Chen F., Pan T. Physical and Electrical Properties of Dy2O3 and Dy2TiO5 Metal Oxide -High- k Oxide - Silicon-Type Nonvolatile Memory Devices // J. Electron. Mater. 2012. Vol. 41, № 8. P. 2197-2203.
18. Potel M. et al. Sol-gel synthesis and crystallization kinetics of dysprosium-titanate Dy2Ti2O7 for photonic applications // Mater. Chem. Phys. 2015. Vol. 168. P. 159-167.
19. Renuka N.K., Akhila A.K. Preparation and photocatalytic activity of anatase titania modified with dysprosium oxide // J. Chem. Pharm. Sci. 2016. № 1. P. 79-84.
20. Xiao H.Y. et al. Theoretical investigation of structural, energetic and electronic properties of titanate pyrochlores // J. Phys. Condens. MATTER. 2007. Vol. 19.
21. Lang M. et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B Review of A2B2O7 pyrochlore response to irradiation and pressure // Nucl. Inst. Methods Phys. Res. B. Elsevier B.V., 2010. Vol. 268, № 19. P. 2951-2959.
22. Lian J. et al. Ion beam implantation and cross-sectional ПЭМ studies of lanthanide titanate pyrochlore single crystals // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. B. 2005. Vol. 241. P. 365-371.
23. Lumpkin G.R. et al. Nature of the chemical bond and prediction of radiation tolerance in pyrochlore and defect fluorite compounds // J. Solid State Chem. 2007. Vol. 180. P. 1512-1518.
24. Guo X. et al. Neutron adsorption performance of Dy 2 TiO 5 materials obtained from powders synthesized by the molten salt method // Ceram. Int. 2016. № In Press.
25. Yu J. et al. Microwave assisted synthesis of Dy2Ti2O7 ultrafine powders by sol-gel method // Ceram. Int. 2016. Vol. In Press.
26. Panneerselvam G. et al. Thermophysical measurements on dysprosium and gadolinium titanates // J. Nucl. Mater. 2004. Vol. 327. P. 220-225.
27. Jung C., Kim C., Lee S. Synthesis and sintering studies on Dy2TiO5 prepared by polymer carrier chemical process // J. Nucl. Mater. 2006. Vol. 354. P. 137-142.
28. Garcia-Martinez G. et al. Phase evolution induced by mechanical milling in Ln2O3 : TiO2 mixtures ( Ln = Gd and Dy ) // Powder Technol. 2005. Vol. 152. P. 72-78.
29. Fuentes A.F. et al. Synthesis of disordered pyrochlores, A2Ti2O 7 (A = Y, Gd and Dy), by mechanical milling of constituent oxides // Solid State Sci. 2005. Vol. 7, № 4. P. 343-353.
30. Huang J. et al. Microstructural Evolution of Dy2O3-TiO2 Powder Mixtures during Ball Milling and Post-Milled Annealing // Materials (Basel). 2017. Vol. 10, № 1. P. 14-19.
31. Yeremeyeva ZH.V., Panov V.S., Myakisheva L.V., Lizunov A.V., Nepapushev A.A., Sidorenko D.A., Pavlik A.V., Apostolova Ye.V. STRUKTURA I SVOYSTVA POROSHKA TITANATA DISPROZIYA, POLUCHENNOGO MEKHANOKHIMICHESKIM SPOSOBOM. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nyyepokrytiya. 2017;(1):11-19
Leonov V.Ye.
Doctor of technical sciences, professor Kherson State Maritime Academy (Ukraine)
Леонов В.Е.
Доктор технических наук, профессор Херсонская государственная морская академия (Украина)
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR THE PROTECTION OF THE AIR BASIN IN THE OPERATION OF SHIPS. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ЗАЩИТЕ ВОЗДУШНОГО
БАССЕЙНА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВ.
Summary: The analysis and generalization of the requirements of international regulatory and legislative acts to the permissible level of toxicity of exhaust gases of vehicle engines (EG VEN) and ship power plants (EG SPP) was conducted, as a result of which it was established that the requirements for EG VEN in to a considerable extent "tougher" in comparison with the requirements for EG SPP. Studies have been carried out to reduce the toxicity of exhaust gas from the EG SPP using the developed effective catalysts. Practical recommendations have been developed to improve economic efficiency and environmental safety, in particular, to protect the air basin, while operating marine vessels. It should be noted that in this case, one-directionality of the two vectors-economic and ecological-is realized, which in practice is extremely rare.
Key words: control, air pool, toxicity, exhaust gases, marine power plants, catalysts, absolute, prevented damage.
Аннотация: Проведен анализ и обобщение требований международных нормативно-правовых и законодательных актов к допустимому уровню токсичности отработанных газов двигателей транспортных средств (ОГ ДТС) и судовых энергетических установок (ОГ СЭУ), в результате которого было установлено, что требования, предъявляемые к ОГ ДТС в значительной степени «жестче» по сравнению с требованиями—к ОГ СЭУ. Выполнены исследования по снижению токсичности ОГ СЭУ с помощью разработанных эффективных катализаторов. Разработаны практические рекомендации по повышению экономической эффективности и экологической безопасности , в частности , защиты воздушного бассейна, при эксплуатации морских судов. Следует отметить, что в данном случае реализуется однонаправленность двух векторов—экономического и экологического, что на практике встречается крайне редко.
Ключевые слова: контроль, воздушный бассейн, токсичность, отработанные газы, судовые энергетические установки, катализаторы, абсолютный, предотвращенный ущерб.
Постановка проблемы. Одним из приоритетных направлений деятельности Европейского Союза (ЕС) является создание «зеленой», экологически безопасной Зоны, для стран, входящих в ЕС [1,2].
Транспорт и его инфраструктура являются наиболее значимыми загрязнителями воздушного бассейна (75-80% от общего объема эмиссии), окружающей среды. По данным экспертов Международной Организации Здравоохранения более 0,5 млн. граждан ЕС ежегодно умирают из-за неудовлетворительного качества воздушного бассейна, доля на первый взгляд небольшая 0,14 %, с одной стороны, но с другой—превосходит количество летальных исходов на автомобильном транспорте. Несмотря на незначительную долю (0,14 %) летального исхода от загрязнения воздушного бассейна каждый гражданин ЕС не хотел бы оказаться в этой «доле».
Следует отметить, что по составу и функциональному влиянию на человека, биосферу отработанные газы двигателей транспортных средств (ОГ ДТС,автомобили) и судовых энергетических установок (ОГ СЭУ) находятся практически на одном уровне и включают в себя более 250 наименований вредных токсичных веществ и соединений с первого по четвертый классы опасности-особо токсичные, токсичные, умеренно токсичные, нетоксичные [3]. В тоже время Директивы ЕС к уровню токсичности выбросов ДТС и СЭУ значительно различаются, более «жестче»-- к выбросам ДТС. Возникает вопрос—Почему?, ведь экология, загрязнение окружающей среды трансграничны.
Анализ последних исследований и публикаций. В ЕС для снижения уровня токсичности ОГ ДТС используют три направления:
1) оптимизация и совершенствование конструктивных особенностей ДТС;
2) улучшение эксплуатационных характеристик топлива, а именно, разработка и использование высокооктановых бензиновых и высокоцетано-вых дизельных топлив, синтетических присадок к автомобильным топливам, позволяющим снизить выбросы токсичных веществ и соединений;
3) установка на борту автомобилей ДТС каталитических нейтрализаторов отработанных газов— катализаторов, содержащих драгоценные, редкоземельные металлы и их соединения.
В соответствии с этими направлениями происходит удорожание эксплуатации автомобилей ДТС.
В Северной части ЕС для снижения уровня токсичности ОГ СЭУ (Балтийское, Северное моря, пролив Ла-Манш) используют только одно направление --улучшение качества судового дизельного топлива, а именно, в Зоне особого контроля SECA используют низкосернистое топливо[1,8,9]..
В последнее время появились научно-технические публикации о целесообразности перевода судовых энергетических установок на сжиженный природный газ (СПГ, LNG), экологически чистое топливо - водород, сероводород.[6,8--10,15].
В ЕС на ОГ ДТС действуют требования EURO-V, VI, существенно ограничивающие уровень токсичности отработанных газов двигателей транспортных средств.
На выбросы отработанных газов судовых энергетических установок морского транспорта распространяются директивы ЕС, Международной Морской Организации (ММО) и ее комитетов [1,2].
При сравнении вышеуказанных требований к уровню токсичности ОГ ДТС и ОГ СЭУ следует отметить существенное расхождение в абсолютных значениях по основным токсичным компонентам.
В состав ОГ ДТС и СЭУ входят токсические вещества и соединения, которые по функциональному назначению можно разделить следующим образом [3,6,8] :
1) «кислотообразующие» компоненты - NOx, SO2,CO2, которые приводят к образованию в атмосфере минеральных кислот и выпадению «кислотных» дождей;
2) компоненты «парниковых» газов - пары воды, диоксид углерода, сажа, углеводороды (СНх), оксиды азота,, которые приводят к развитию «парникового» эффекта;
3) вещества и соединения, содержащие хлор, фтор, углерод, углеводороды, приводящие к разрушению «озонового» слоя Планеты;
4) углеводороды , которые приводят к загрязнению окружающей, морской среды;
5) соединения тяжелых металлов, загрязняющих морскую, окружающую среду и ингибирую-щих жизнедеятельность биосферы.
С 1 января 2015 года вступила в силу глава IV, правило 22 к Приложению VI MARPOL - 73/78 по вопросу ограничения выбросов сернистых соединений, содержащихся в отработанных газах судовых
энергетических установок [1]. Это достигается за счет использования низкосернистого судового топлива ( не более 0,1% масс ) в Зонах особого контроля. Перечислены морские бассейны и районы SOx Emission Control Areas-- SECA и ECA - зоны контроля за выбросами соединений серы, где в первую очередь, контролируются выборы оксидов
серы и где установлены ограничения на содержание серосоединений в судовом топливе В зону SECA входят акватории Северного и Балтийского морей, пролива Ла-Манш (рис .1), в зону ECA входят морские акватории, прилегающие к Западному и Восточному побережьям Северной Америки, Канады, а также Карибские острова.(рис. 2).
Рисунок 1 - Зона особого контроля SECA для международного судоходства
В Приложении VI MARPOL - 73/78 (Правило 13 «Окислы азота») району Балтийского моря придается статус «района контроля выбросов окислов азота с судов» (NOx Emission Control Area - NECA) [1]..
Уровень выбросов оксидов азота с судов, построенных 1 января 2016 года или после этой даты и эксплуатирующихся в пределах района контроля выбросов NOx.должен соответствовать стандартам
Уровня 3, установленым указанным приложением .Конвенции.
Дополнение к Приложению VI MARPOL 73/78 официально учреждают Североамериканскую Зону Контроля за Выбросами (North American Emission Control Area), в которой более строгому контролю будут подвергаться выбросы оксидов серы (SOX), азота (NOX) .
Current ECA's Possible foture ECA's
Рисунок 2 - Зона особого контроля для международного судоходства - действующие и перспективные
U1
Требования по ограничениям выбросов оксидов азота (NOx), изложенные в Приложении VI МАРПОЛ-73/78, относятся к дизелям, мощностью более 130 кВт, установленным на судах после 1 января 2000г. [1].
В соответствии с этими правилами эксплуатация дизеля запрещается, если выбросы оксидов азота, рассчитанные как полный взвешенный выброс NOx, превышают следующие значения:
17г/(кВт хч) при n <130 об/мин;
45 хп -02г/(кВт хч) при n >130 об/мин, но n <2000 об/мин;
9,8г/(кВт хч) при n >2000 об/мин,
где п - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.
Требования по ограничению выбросов оксидов серы (SOx) увязаны с районами контроля выбросов SOx и состоят в следующем:
- содержание соединений серы в любом жидком топливе, используемом на судне, не должно превышать 3,5% масс, а для районов контроля за выбросами SOx -SECA , ECA не должно превышать 0,1% масс;
- выброс соединений серы с судна (главные и вспомогательные двигатели) не должен превышать 6г/(кВт хчас), если это не обеспечивается техническими характеристиками СЭУ, то на судне должна
Изменение критерия токсичности ОГ СЭУ от
применяться система очистки отработанных газов от серосоединений;
В соответствии с Приложением VI "Правил предотвращения загрязнения атмосферы с судов" Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов от 1973 г., изменённой Протоколом от 1978 г. к ней (Конвенция МАРПОЛ-73/78) и Технического Кодекса NOx, предусматриваются более жёсткие требования к содержанию соединений серы в судовом топливе во всём мире (вне зон ЕСА «Emission Control Area»):
- 3,50 % масс с 1 января 2012 года;
- 0,50 % масс с 1 января 2020 года .
15 мая 2015 года Комитет по Защите Морской Среды Международной Морской Организации Резолюцией МЕРС.259(68) обновил Руководство 2009 года по системам очистки отработавших газов (ООГ), которое было принято Революцией МЕРС. 184(59). Система ООГ укомплектована приборами постоянного мониторинга. В качестве критерия при проведении мониторинга принято отношение -ft=SO2 (млн."1)/CO2 (% объмн.), которое принимается в зависимости от концентрации серосоедине-ний в судовом топливе (СТ) согласно правил 14.1, 14.4 Приложений VI к Конвенции МАРПОЛ - 73/78 (табл. 1). [1].
Таблица 1
№ Концентрация сернистых соединений в СТ, % масс Отношение SO2 (млн.-1)/ТО2 (%объмн.) в выбросах ОГ СЭУ, В
1 4,5 195
2 3,5 151,7
3 1,5 65
4 1,0 43,3
5 0,5 21,7
6 0,1 4,3
В Киотском протоколе (1997г.) по проблеме «парникового» эффекта на Планете судоходство и авиация не были включены в окончательную редакцию Соглашения.
Международная Mорская Oрганизация, Международная организация гражданской авиации приложили достаточно усилий, чтобы эта ошибка в дальнейшем не повторилась. Обе эти международные организации проводят линию на изменение экологического законодательства в части ужесточения требований к эмитантам техногенных систем, включая судоходство и авиацию, по основным компонентам «парниковых» газов. Необходимо отметить, что некоторые судоходные и авиационные Компании вполне удовлетворены тем, что Соглашение «обошло их стороной», поскольку они опасаются дополнительных материальных и финансовых расходов на внедрение мероприятий с целью обеспечения экологической безопасности, связанной с риском интенсификации «парникового» эффекта.
«Судоходству необходимо какое-то прогрессивное экологическое законодательство, - считает
Дж. Карнерап Бэнг, старший эксперт по климату в датской компании Maersk Group.- Оно должно быть всеобщим, независимым от флага и контролируемым Международной морской организацией. Концепция СОР 21 должна была стать отправной точкой для его выработки. В предварительном варианте Парижского соглашения СОР 21, над которым работали 200 стран-участниц, вначале были упомянуты судоходство и авиация, но впоследствии этот раздел Соглашения был упразднен. Необходимо отметить, что этот раздел не содержал конкретных предписаний, всего лишь призыв - обратить внимание на выбросы с морских и авиационных судов, но даже в таком виде мог оказать влияние на обе отрасли»[8].
Действительно, это справедливое мнение специалиста, отвечающее концепции экологической безопасности в целом, поскольку судоходство и авиация занимают места в первой десятке по вкладу в «парниковый» эффект и интегральное загрязнение Планеты, как результат функционирования техногенных систем.
С 1990 по 2010 гг. масса эмиссии вредных токсичных компонентов и соединений в авиации возросла на 80%, а в судоходстве - на 40%.
Однако, бурное развитие этих отраслей техногенной системы может увеличить этот вклад в «парниковый» эффект до 40% уже к 2050 году.
Поэтому очевидна несостоятельность игнорирования (неучета) авиации и судоходства в изменении климата на Земле.
Помимо материальных отходов авиация и судоходство выделяют значительный уровень энергетических отходов - тепловые, шум, вибрация, электромагнитные поля, ультразвуковое, инфразвуко-вое излучения, радиочастоты всех уровней и спектров, спутниковые навигационные системы, радары, радиоактивное загрязнение.
«Парижское соглашение еще будет уточняться и дорабатываться,--считает П. Хинчлифф, Генеральный секретарь Международной палаты судоходства (ICS). - Я совершенно уверен, что на каком-то этапе мы донесем свое мнение до стран-учредителей и впишем нужный нам параграф в документ»^].
В соответствии с проведенным анализом морских грузоперевозок и расчетами современный морской транспорт расходует около 1 млрд. т в год углеводородного судового топлива, что соответствует эмиссии порядка 3,2 млрд. т в год диоксида углерода.
Необходимо отметить, что в 2016 году суммарный выброс диоксида углерода - результат действия техногенных систем - составил 40 млрд. тонн. В тоже время только от судоходства, включая порты и портовые сооружения, выброс диоксида углерода составил около 4,5 млрд тонн в год.
Таким образом, вклад в целом отрасли техногенной системы судоходства - в общий «парниковый» эффект (по диоксиду углерода) составил 11.3 %. Можно допустить, что в авиации примерно такая же величина по вкладу в «парниковый» эффект. В итоге на долю судоходства и авиации в общий «парниковый» эффект приходится более 22 %, а с этим необходимо считаться при прогнозировании развития интенсивности «парникового» эффекта на Планете.
В связи с вышеизложенным , а именно, с отсутствием в окончательном Климатическом Протоколе СОР—21 судоходства и авиации, можно объяснить значительно «мягкие» требования к ОГ СЭУ по сравнению с требованиями к уровню токсичности ОГ ДТС.
Исключить эмиссию компонентов «парниковых» газов - диоксида углерода, углеводородов, минеральной пыли при использовании углеводородного сырья невозможно [8]. Для снижения/исключения эмиссии компонентов «парниковых» газов необходим плавный, поэтапный перевод техногенных систем на неуглеводородное сырье [12-16].
Нерешенные проблемы защиты воздушного бассейна.
1. Перманентное загрязнение воздушного бассейна над территориями стран ЕС и во всем мире.
2. Интенсификация Планетарного развития «парникового» эффекта.
3. Различие в законодательных актах нормирования качества и уровня токсичности отработанных газов ДТС, СЭУ.
Цель работы. • Провести анализ и обобщение требований EURO- V к уровню токсичности ОГ ДТС в сравнении с уровнем токсичности ОГ СЭУ.
• Провести исследования по снижению уровня токсичности отработанных газов СЭУ в Зонах особого контроля SECA, NECA, ECA и во всем мире.
• Разработать практические рекомендации по имплементации инновационных технических решений в практику международного морского судоходства.
Изложение основного материала. В Европейском Союзе действуют нормативы по ограничению токсичности отработанных газов автомобильного транспорта - EURO - V, VI а для судовых двигателей токсичность отработанных газов регламентируется требованиями международного кодекса МАРПОЛ - 73/78 и международного кодекса по выбросам оксидов азота. Представляет интерес сравнить эти требования, приведенные в таблице 2
Таблица 2
Эмиссия вредных токсичных компонентов с отработанными газами СЭУ в сравнении с нормати-
вами EURO- III.V при эксплуатации автомобилей на дизельном топливе
Ток-сич-ные компоненты Концентрация, С i ,мг/м3 Индекс опасности по отношению к EURO-III и EURO-V Индекс превышения по отношению к ПДК***
ОГ ДТС ОГ СЭУ
Директивы Тяжелое ДТ IFO - 380 (3,5% S) Легкое ДТ LSMGO (0,1% S) qUCYO П — * i qEVRO- III fiÄCYÖ ß — C + qEVRO-V Y* *** д* ****
EURO - III* EURO- V** IFO - 380 (3,5% S) LSMGO (0,1% S) IFO - 380 (3,5% S) LSMGO (0,1% S)
Сажа 0,025 0,0025 99 75 3960 3000 39600 30000 1980 1500
802 0,125 0,07 350 10 2800 80 5000 142,857 8750 250
N02 0,2 0,07 2385 1850 11925 9250 34071,4 26428,6 59625 46250
СО 10 7,8 1500 1500 150 150 192,308 192,308 500 500
Примечания:
*Требование EURO III к дизельным автомобильным двигателям
** Требование EURO V к дизельным автомобильным двигателям
*** Предельно - допустимая концентрация (ПДК), мг/м3:
Сажа - 0,05,
SO2 - 0.05,
NO2 - 0.04,
CO - 3.
****у = С11Р0/ИДК1 *****д = С^/ПДК1"
Из анализа таблицы 2 следует, что выбросы токсичных компонентов после СЭУ в значительной мере превышают выбросы, установленные для дизельных автомобильных двигателей (согласно директив ЕС EURO-III, V), так для SO2 выброс увеличивается в 5000 раз; для NO2 - в 34071 раз; для CO
- в 192 раз; для сажи - в 39600 раз для судового топлива марки IFO. Следует отметить, что нормативы EURO V значительно «жестче», чем EURO III, а именно:
1. действующие ныне EURO V предполагают уровень токсичности ниже в сравнении с EURO III к выбросам ОГ ДТС - по саже ниже в 10 раз, по SO2 в 1,8 раза по NOx - в Зраза и по монооксиду углерода в 1,4 раза;
2. уровень токсичности ОГ СЭУ при эксплуатации на низкосернистом топливе превышают нормативы действующих EURO V к ОГ ДТС:
*по саже в 30000 раз;
*По SO2 - в 143 раза;
* по NOx - в 26430 раз;
*по СО - в 192 раза.
Отсюда возникает естественный вопрос, почему требования к уровню токсичности ОГ ДТС намного жестче, чем к уровню токсичности ОГ СЭУ, тем более это непонятно, поскольку экология
- трансгранична и для стран ЕС в данном случае требования директив к уровню токсичности к ОГ ДТС и ОГ СЭУ должны быть либо одинаковыми,
либо сравнимы в пределах 10-20% разброса показателей. . точности расчетов.
Одной из причин этой неопределенности (?) можно предположить то, что судоходство не включено в окончательный меморандум Международного Климатического Саммита, СОР-21(Париж, Франция, 2015 год).[8,9].
В результате анализа данных, приведенных в таблице 2, можно сделать следующие заключения:
1. Требования, предъявляемые к токсичности отработанных газов СЭУ в значительной мере превышают предельные значения выбросов после, автомобилей двигателей транспортных средств согласно EURO - V при работе на дизельном топливе, хотя по условиям защиты воздушного бассейна и трансграничности экологии требования к выбросам, как автомобильного транспорта, как и морского должны быть практически одинаковыми.
2. Выбросы вредных токсических компонентов после СЭУ превышают предельно- допустимые концентрации: в 500-60000 раз при использовании судового топлива марки IFO-высокосернистое и в 250-46000при использовании судового топлива марки LS-низкосернистое.
Для решения возникших в результате обсуждения вопросов были проведены научно-исследовательские работы в части разработки и исследовании катализаторов нейтрализации токсичных веществ и соединений , содержащихся в отработанных газах
СЭУ[7--9], расчеты абсолютных ущербов заносимых воздушному бассейну при использовании различных видов судовых топлив [8,9,11].
Для объективной оценки сравнивались значения величин предотвращенного ущерба воздушному бассейну, определяемого, как разница абсолютных ущербов при замене высокосернистого судового топлива на низкосернистое судовое топливо, с разницей затрат на дорогостоящее низкосернистое топливо и дешевое высокосернистое судовое топливо. Если значение этой разницы бу-
стого топлива на низкосернистое топливо оправдан, если значение этой разницы будет отрицательным (0), то перебункеровка с высокосернистого на низкосернистое нецелесообразна.
Расчеты абсолютных ущербов воздушному бассейну проводились согласно методики, изложенной в работе [3-5,8,11].
Ниже рассмотрены вопросы экономической и экологической целесообразности перебункировки судов в зонах особого контроля с высокосернистого на низкосернистое судовое топливо (рис. 3, табл. 3)
дет положительным (©), то переход с высокосерни-
■A.V. ПЬ чННИ VIU4 |':| У грнФод
уииииии 7000000 5000000 3000000 1000000 0 щ---
•
0 1 2 3 4 5 Содержание «8»-соединений, % масс.
MK, % масс. 0,1 1 3,5 4,5
У, грн./год 5065648,896 5433367,296 6455011.584 6863485,44
У4,5 k 343174
Примечание: 1. МК-содержание сернистых соединений в судовом топливе в пересчете на метилмеркаптан. 2. У4,5 к—абсолютный ущерб воздушному бассейну при использовании высокосернистого топлива (4,5 % масс.) в комплексе с каталитической нейтрализацией отработанных газов СЭУ.
Рисунок 3 - Зависимость абсолютного ущерба (грн. / год) от содержания серосоединений (в пересчете
на метилмеркаптан) в дизельном топливе, % масс.
Таблица 3
Целесообразность перебункеровки судов в зонах особого контроля с высокосернистого на низкосерни-
Рисунок 3 - Зависимость абсолютного ущерба (грн. / год) от содержания серосоединений (в пересчете
на метилмеркаптан) в дизельном топливе, % масс.
Таблица 3
Целесообразность перебункеровки судов в зонах особого контроля с высокосернистого на низкосерни-_стое судовое топливо [8]._
ПАРАМЕТРЫ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ
1. Дата 1. 13.03.2017
2. Регион 2. Порт (port «New York»)
3. Цена на топливо: ДТз,5% и ДТо,1% 3. ДТз,5% = 281,5$/мт.т
ДТо,1% = 474,5$/ мт.т
4. Температура воздуха в 1300 наиболее жар- 4. 320 С
кого месяца выбранного порта
5. Значения абсолютных ущербов (УО опре- 5. Уз,5%= 48 4 0,35 264155,98=
деляем по формуле: =6455011.584 грн./год
Y=y*G*f*EM Уо,1%= 48 4 0,35 207299,62=
=5065648,896 грн./год
6. Предотвращенный ущерб П0,1%/з,5%при за- 6. П=6455011.584-
мене высокосернисстого топлива на низкосер- -5065648,896 =1389362,688грн./год
нистое
П=Уз,5%—Уо,1%
7. Разница в стоимости топлив 7. Цдт = 474,5 - 281,5 =193$/mt
ЦДТ — Ц0,1%-Ц3,5% 1$ = 27,1637 грн/$ по курсу НБУ
Ццт=193*27,1637=5242,5грн./ mt
8. Материальные затраты на расход судового 8. Мз= 20000 *5242,5 =
топлива: = 104851882грн/гоц
Мз = Q* (Ц0,1% - Ц3,5%)
9. Рассчитываем если 9. ц = Мз/П = 104851882 грн/гоц/
Мз > П, то'л = Мз/П, /1389362,688грн./гоц = 75 ,5 раз
а если
Мз < П, то^ = П /Мз
В результате анализа данных, приведенных в таблице 3 следует, что материальные затраты на низкосернистое топливо превышают предотвращенный ущерб воздушному бассейну за счет перехода с высокосернистого на низкосернистое топливо в 75 раз.
Таким образом, переход с высокосернистого на низкосернистое судовое топливо в зонах особого контроля не имеет экономического обоснования. Тем более, что согласно последним резолюциям ММО с 01.01.2020 года весь мировой морской транспорт независимо от особых зон должен перейти на низкосернистое топливо(8<=0,5 % масс.).
Следует отметить, что применение на борту судна каталитического катализатора (рис.3) позволит снизить абсолютный ущерб воздушному бассейну даже при использовании высокосернистого топлива (4,5%8) в комплексе с каталитической очисткой по сравнению с низкосернистым топли-вом(8<=0,1 % масс.) в 15 раз.
Следует подчеркнуть, что полный перевод морского транспорта с 01.01.2020 г. на низкосернистое судовое топливо ^<=0,5 % масс.). технически и экономически практически невозможен. Это обусловлено дополнительными технологическими стадиями при переработке нефти -каталитическим гидрообессериванием дизельной фракции нефти. Каталитическая стадия потребует использования дефицитных и доростоящих катализаторов, производства водорода/водородсодержащего газа для гидрирования сернистых соединений, содержащихся в дизельной фракции нефти. При этом полезный выход низкосернистого дизельного топлива снизится на 15-20 %. В результате каталитического обессеривания сернистые соединения превращаются в сероводород. Возникает новая проблема, что делать с полученным сероводородом -выбрасывать в атмосферу нельзя, сжигать нет практического смысла, поскольку , в результате сжигания сероводорода образуется сернистый ангидрид, а что с ним делать (???), остается поиск новых путей нейтрализации полученного в результате обессеривания -сероводорода. Действительно, как следует из таблицы 3 , стоимость низкосернистого топлива (0,1% масс. 8) выше стоимости высокосернистого судового топлива (3,5% масс. 8) в 1,7 раза, что подтверждает технические сложности и экономические издержки глубокого обессеривания фракции дизельного топлива.
Согласно теоретически обоснованных данных и проведенных экспериментов, можно констатировать, что с позиции экономики рейса и ущерба воздушному бассейну переход с высокосернистого на
низкосернистое топливо нецелесообразен.
Таким образом, при замене высокосернистого судового топлива (<=3,5% масс.) на низкосернистое (<=0,1% масс.) абсолютный ущерб снижается в 1,3 раза, а предотвращенный ущерб воздушному бассейну составит 1389362,688грн./год.
Представляет практический интерес сравнить достигнутый предотвращенный ущерб воздушному бассейну с материальными затратами на судовое топливо, содержащими, соответственно, 0,1 и 3,5% масс. Как следует из таблицы 3 материальные затраты на судовое топливо (М3) превышают предотвращенный ущерб воздушному бассейну в 75 раз.
Отсюда следует практический результат проведенного исследования:
1. Использовать в зонах особого контроля -SECA, ECA высокосернистое, дешевое судовое дизельное топливо.
2. Укомплектовать в машинном отделении каталитический блок для нейтрализации и очистки отработанных газов СЭУ от сернистых соединений.
Выводы и предложения
1. Проведен анализ требований EURO - III, V к токсичности автомобильных дизельных двигателей в сравнении с токсичностью отработанных газов СЭУ.
2. Определено, что существующие нормативы выбросов, предъявляемые к СЭУ в значительной мере превышают нормативы выбросов к автомобильным дизельным двигателям.
3. На основании обобщения выполненных научно-- исследовательских работ установлено, что целесообразно в мировой практике судоходства использовать в зонах особого контроля и во всем мире дешевое высокосернистое топливо в комплексе с очисткой отработанных газов СЭУ от сернистых соединений.
Список литературы
1. MARPOL Consolidated édition 2011: Articles, Protocols, Annexes and Unified Interprétations of the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, 1973 as modified by the 1978 and 1997 Protocols. - London: CPI Group 2011. - 447 p. -ISBN 978-92-801-1532-1.
2. Ст. преподаватель, кдп Жмур В.Н.; д.т.н., профессор Леонов В.Е. Снижение расхода топлива и интенсивности развития «парникового» эффекта - стратегическая задача современного судоходства.
Научный Вестник Херсонской Государственной Морской Академии - Херсон: ВЦ ХДМА. -2018 (Adopted for publication at 2018).
3. Леонов Валерий Евгеньевич. Основы экологии и охрана окружающей среды: монография. / В.Е. Леонов, В.Ф. Ходаковский, Л.Б. Куликова; под ред. В.Е. Леонова. - Херсон: Издательство ХГМИ, 2010 - 352 с. - ISBN 978-98371-044-3.
4. Дмитриев В.И., Леонов В.Е., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б. Обеспечение безопасности плавания судов и предотвращение загрязнения окружающей среды. Монография/ Под редакцией проф. В.И.Дмитриева, проф..В.Е. Леонова—Херсон: ХГМА.-2012,--400 с.
5. Дмитриев В.И., Леонов В.Е., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б. Основы обеспечения безопасности плавания судов и предотвращение загрязнения окружающей среды. Моногра-фия./Под редакцией к.т.н., профессора В.И. Дмитриева, д.т.н., профессора В.Е. Леонова. М.:МОРКНИГА.—2014,--407 с.
6. Леонов В.Е., Соляков О.В., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф. Обеспечение экологической безопасности судоходства. Монография/ Под редакцией профессора Леонова. В.Е. Херсон: ХГМА.— 2014,--188 с.
7. Леонов В.Е., Дмитриев В.И., Безбах О.М., Гуров А.А., Сыс В.Б., Ходаковский В.Ф. Современные информационные технологии обеспечения безопасности судоходства и их комплексное использование Монография / Под редакцией профессора Леонова В.Е.—Херсон: ХГМА, --2014,--324 с.
8. Леонов В.Е., Ходаковский А.В. Учебное пособие. Экология и охрана окружающей среды. /Под редакцией профессора Леонова В.Е.—Херсон: ХГМА, --2016,--348 с. -- ISBN 978-966—2245—34-9.
9. Леонов В.Е., Дмитриев В.И. Монография. Защита окружающей среды при эксплуатации судов. -М.: МОРКНИГА. 2017.- 252 с. ISBN 978-5703080-16
10. LeonovV.Ye. The Ways of Increasing Enviro-mental - Economic Efficiency of Technological Systems (Based on Marine Transport). The Scientific Her-itage.:Hungary. Budapest Journal—2016, Vol. 1.№ 5(5). P. 72-77
11. Zhmur V. N., Leonov V. Ye. The squat-effect and environmental problems at reduction ship's speed in shallow water and harmful emissions.BecTHm Государственного Университета Морского и Речного Флота имени адмирала С. О. Макарова С-Пб. -2014,. выпуск 4 (26)- c. 176-184.
12. LeonovV.Ye. Non-Hydrocarbon Energy—a Path Sustainable Development оf Society. East European Scientific Journal : Warszawa, Polska......2015,
Vol. 1, № 2(2), p. 107—112.
13. Леонов В. £. «Споаб захисту повггряного бассейну вщ арчистих сполук». Патент Укра1ни на корисну модель №100295 ввд 27.07.2015, опублжо-вано 27.07.2015. Бюл. №14
14. Леонов В.Е. Ресурсосберегающая технология снижения эмиссии компонентов «парниковых» газов на морском транспорте. /В.Е. Леонов. //Сб. статей VI Межд. НП конф. «Актуальные проблемы науки XXI века». М.: USR --COGNITIO. -2016, Часть 3. с. 57-63
15. Leonov V.Ye. Development and Implementation of Resourse—Saving Technologies—Basic Vector of Sustainable Development of the Society. Международный научный журнал Scientia. Международный научный журнал Scientia.Техника. М.: Научное содружество «Сиентия». 2016, №2, p.35-42.
16. Leonov V.Ye. Research and Technology Development of Reception of Ozone Safety Refrigerants. Czech Rep. Praha : Sciences of Europe. 2016 . Vol. 1, № 3(3), p 67-70
