Direktiivi 2005/33/EÜ ja Marpoli VI lisa nõuete implementeerimine laeva emissioonigaasides väävlisisalduse vähendamiseks Tallinn 2014 väävlisisalduse vähendamiseks 1 (21)
Töö nimetus: väävlisisalduse vähendamiseks Töö autorid Marek Maasikmets Keio Vainumäe Tarvo Arumäe Aivo Heinsoo Käesoleva töö valmimist toetas SA Keskkonnainvesteeringute Keskus Töö tellija: Tallinna Tehnikaülikool Virumaa Kolledž Töö teostaja: Eesti Keskkonnauuringute Keskus OÜ Marja 4D Tallinn, 10617 Tel. 6112 900 Fax. 6112 901 info@klab.ee www.klab.ee Lepingu nr: Riigihange nr 149890 Töö valmimisaeg: 30.12.2014 Käesolev töö on koostatud ja esitatud kasutamiseks tervikuna. Töös ja selle lisades esitatud kaardid, joonised, arvutused on autoriõiguse objekt ning selle kasutamisel tuleb järgida autoriõiguse seaduses sätestatud korda. Töö omandamine, trükkimine ja/või levitamine ärilistel eesmärkidel on ilma Eesti Keskkonnauuringute Keskus OÜ kirjaliku nõusolekuta keelatud. Töös toodud info kasutamine õppe- ja mitteärilistel eesmärkidel on lubatud, kui viidatakse algallikale. Andmete kasutamisel tuleb viidata nende loojale. väävlisisalduse vähendamiseks 2 (21)
Sisukord 1 Sissejuhatus... 5 2 Mõõtemetoodika ja -tulemused... 7 2.1 Mõõtetulemused... 11 3 Kasutatud kirjandus... 18 4 Lisa 1... 19 väävlisisalduse vähendamiseks 3 (21)
Joonised Joonis 1 Laeva suitsugaaside mõõtesüsteem Compact NOx Analyser Unit koos FT-IR FX 4000-ga. 8 Joonis 2 Mõõtesüsteemi proovivõtusond koos lahjendusega (2 tk, mootor 1 ja 4)... 9 Joonis 3 Compact NOx Analyser Unit ja FT-IR Gasmet DX-4000 mõõtesondid... 10 Joonis 4 Ekraanitõmmis MS Romantika mõõtetulemustest Eesti Õhukvaliteedi Juhtimissüsteemi kodulehelt 12 Joonis 5 SO 2 mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14)... 13 Joonis 6 CO2 mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14)... 13 Joonis 7 NOx mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14)... 14 Joonis 8 Arvutusliku ja kütusesertifikaadil oleva väävlisisalduse võrdlus... 16 Joonis 9 SO2 (ppm)/co2 (% v/v) suhe 16.12 kuni 20.12.2014 katsetuste käigus... 17 Tabelid Tabel 1 Laeva suitsugaaside temperatuuri, kiiruse ja rõhu andmed... 14 Tabel 2 Kütuse väävlisisalduse ja SO2/CO2 suhe vastavalt resolutsioonile MEPC.184(59)... 17 väävlisisalduse vähendamiseks 4 (21)
1 Sissejuhatus TTÜ Virumaa Kolledži tellimusel teostas Eesti Keskkonnauuringute Keskus projekti Direktiivi 2005/33/EÜ ja Marpoli VI lisa nõuete implementeerimine laeva emissioonigaasides väävlisisalduse vähendamiseks elluviimise. Projekti peaeesmärgiks oli laevanduses emiteeritavate väävli-ja lämmastikühendite vähendamisele suunatud tehniliste meetmete tulemuslikkuse kontrollsüsteemi väljatöötamine ja juurutamine erinevate saasteainete heitkoguste mõõtmist võimaldavate tehnoloogiate kaasabil. Selle raames loodi saasteainete mõõtesüsteem, mis tagab Eestile Marpol VI lisas sätestatud emissioonigaaside mõõte- ja kontrollivõimekuse Läänemerel. Mõõtesüsteem paigaldatakse hankija ja täitja vahel sõlmitava lepingu kehtivuse perioodiks hankija poolt määratletud laevale, milleks oli AS Tallinkile kuuluv parvlaev MS Romantika, mis kruiisis katsetuste ajal Tallinn- Stockholm-Tallinn liinil. Loodud mõõtesüsteem võimaldab mõõtetulemuste online avaldamist nüüdisaegse infotehnoloogia kaasabil mistahes laeval, kuna mõõteseade on teisaldatav ning kasutatav ka teistel kontrollimist vajavatel objektidel. Mõõtetulemused on leitavad: http://airviro.klab.ee/seire/airviro/romantika.html Projekti raames teostati järgmised tööd: 1. Laevadel emissioonigaaside vähendamiseks kasutatavate tehnoloogiate hindamine. 2. Laevadele sobiva emissioonigaaside mõõtesüsteemi loomine, mis võimaldab jälgida emissioone jooksvalt laevamootorite töötamise ajal. Mõõtesüsteem peab vastama Marpol Annex IV NOx Technical Code nõuetele. 3. Mõõtesüsteemi paigaldamine hankija poolt määratletud laevale. 4. Mõõtesüsteemi kalibreerimine 5. Mõõtesüsteemi andmesalvestussüsteemi liitmine Eesti õhukvaliteedi juhtimissüsteemiga. 6. Aruande koostamine. Aruanne peab sisaldama laevadel emissioonigaaside vähendamiseks kasutatavate tehnoloogiate hindamise tulemusi, ülevaadet loodud mõõtesüsteemist (sh tehniline dokumentatsioon) ja ülevaadet mõõteperioodil mõõdetud emissioonidest. Eesti Keskkonnauuringute Keskuse kinnitab, et loodud süsteem võimaldab: 1. Mõõtesüsteem võimaldab samaaegselt ja pidevmõõterežiimis lämmastikoksiidide, vääveldioksiidi, vingugaasi ja süsihappegaasi emissioonide mõõtmist laevamootorite väljalaskesüsteemides ja vabas õhus. väävlisisalduse vähendamiseks 5 (21)
2. Mõõtesüsteem võimaldab mõõta üheaegselt emissioonidega ka temperatuuri, niiskust ja kiirust. 3. Mõõtesüsteem vastab Marpol Annex IV NOx Technical Code nõuetele 4. Lämmastikoksiidide mõõtmiseks suitsugaasides kasutatakse kemoluminestsents meetodit; 5. Vääveldioksiidi mõõtmiseks suitsugaasides kasutatakse UV-fluorestsents meetodit 6. Mõõtetulemusi on võimalik jälgida ja töödelda olemasoleva Eesti õhukvaliteedi juhtimissüsteemi kaudu 7. Mõõtesüsteem võimaldab teostada mõõtmisi kogu kruiisi vältel vähemalt 1 minutilise resolutsiooniga 8. Mõõtesüsteemi saab regulaarselt kalibreerida portatiivse ja mitmepunktikalibreerimist võimaldavate seadmetega 9. Vajadusel on võimalik heitgaaside emissioonide mõõtesüsteemi liita peenosakeste fraktsioonide proovivõtuseade (minimaalselt järgmised fraktsioonid (D 50%): 0,5 μm, 1 μm, 2,5 μm, 10 μm), mis kasutab proovivõtuks gravimeetrilist meetodit. 10. Peenosakeste proove on võimalik keemiliselt analüüsida polüaromaatsete süsivesinike (benso(a)püreen), EC/OC ja ioonilise koostise suhtes kasutades selleks akrediteeritud laborit ja akrediteeritud meetodeid. 11. Mõõtesüsteemi tulemusi on võimalik valideerida saasteainete hajumisarvutuste kaudu välisõhu mõõtetulemustega. 11. Välisõhu mõõtetulemustena on võimalik kasutada varasemaid sadama piirkonnas teostatud mõõtetulemusi Tellija (Tallinna Tehnikaülikool Virumaa Kolledž) oodatavad tulemused: 1. Pakkuja (Eesti Keskkonnauuringute Keskus) poolt teostatava teenuse tulemusena peab valmima Marpol Annex IV NOx Technical Code nõuetele vastav mõõtesüsteem laevamootorite heitgaasides olevate saasteainete emissioonide mõõtmiseks. 2. Mõõtesüsteemi mõõtmistulemusi saab reaalajas avaldada Eesti õhukvaliteedi juhtimissüsteemi veebilehel (http://airviro.klab.ee/seire/airviro/) väävlisisalduse vähendamiseks 6 (21)
2 Mõõtemetoodika ja -tulemused Laeva suitsugaaside mõõtmiseks kasutati Consilium Marine & Safety AB poolt komplekteeritud mõõteseadmete (SO2, NOx, CO2, CO) süsteemi Compact NOx Analyser Unit, mis vastab Marpoli lisale VI ja järgmiste tehniliste juhiste nõuetele: MARPOL Annex VI, Regulation 13 NOx Technical Code 2008 IMO Resolution MEPC.176(58) IMO Resolution MEPC.177(58) IMO Resolution MEPC.1/Circ.638 IEC 60945 (2002) including IEC 60945 Corrigendum 1 (2008) Vastav kinnitus (Certificate number: 22930/A3 EC) on väljastatud Bureau Veritase poolt 02.05.2014 ning on leitav Lisas 1. Seadme paigaldusega laevale alustati 19.10.2014 ning mõõtmistega alustati novembri algusest. Mõõteseadme esmane häälestamine ja kalibreerimine toimus regulaarselt kuni mõõtmiste lõpuni (30.12.2014). Mõõteseade paigaldati MS Romantika 10-le dekile suitsukorstende šahti (Joonis 1 ja Joonis 2), kuhu paigaldati analüsaatorite komplekt ning 2 proovivõtusondi, vastavalt 1 ja 4 mootori väljuvate emissioonigaaside korstendesse. Proovivõtusondid on kuumutatavad ning kasutusel on proovi eellahjendus (50 korda). Mõõtesüsteem võimaldab teostada mõõtmisi mõlemast korstnast korraga sondide automaatse ümberlülitamisega. Mõõtesüsteem vajab regulaarset hooldust ning mõõteseadmete kalibreerimist, mida tavapärases olukorras tuleb teostada vähemalt 1 kord nädalas. väävlisisalduse vähendamiseks 7 (21)
Joonis 1 Laeva suitsugaaside mõõtesüsteem Compact NOx Analyser Unit koos FT-IR FX 4000-ga väävlisisalduse vähendamiseks 8 (21)
Joonis 2 Mõõtesüsteemi proovivõtusond koos lahjendusega (2 tk, mootor 1 ja 4) Lisaks teostati paralleelselt Consiliumi seadmega laeva suitsugaaside mõõtmised FT-IR mõõtemetoodikal põhineva Gasmet DX 4000-ga 14.11 kuni 16.11.2014 ja 16.12 kuni 20.12.2014. Mõlema seadme mõõtetulemuste kokkulangevus oli hea. väävlisisalduse vähendamiseks 9 (21)
Joonis 3 Compact NOx Analyser Unit ja FT-IR Gasmet DX-4000 mõõtesondid väävlisisalduse vähendamiseks 10 (21)
Temperatuuri mõõtmiseks kasutati Testo 360, mis on varustatud termopaariga, mille mõõtevahemik oli -40 ºC 1200 ºC. Suitsugaasi kiirus määrati dünaamilise rõhu kaudu. Dünaamiline rõhk määratakse kuumades, niisketes ja tahkeid osakesi siasaldavates gaasides Pitot-toruga, mis on ühendatud lateksvoolikute abil mõõteseadmega Testo 400. Dünaamiline rõhk määratakse täpsusega +/- 5 Pa. EN ISO 16911-1:2013 Stationary source emissions - Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts - Part 1: Manual reference method (ISO 16911-1:2013) EN ISO 16911-2:2013 Stationary source emissions - Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts - Part 2: Automated measuring systems (ISO 16911-2:2013) Kõik käesolevas töös kirjeldatud mõõtmised ja analüüsid on teostatud Eesti Keskkonnauuringute Keskuse poolt, kasutades akrediteeritud määramismeetodeid. Eesti Keskkonnauuringute Keskus on akrediteeritud Eesti Akrediteerimiskeskuse (EAK) poolt ning vastavad akrediteerimistunnistused on leitavad EAK kodulehelt: http://www.eak.ee/dokumendid/pdf/kasitlusala/l008_annex_2.pdf 2.1 Mõõtetulemused Perioodi 01.11 kuni 29.12.2014 (tulemused täienevad uute andmetega iga 24h järel) mõõtetulemused on leitavad ja allalaetavad http://airviro.klab.ee/seire/airviro/romantika.html Suitsugaaside joonkiiruse, temperatuuri ja rõhu andmed on toodud Tabel 1. Antud parameetrite muutused sõltusid eelkõige mootorite koormatusest ning kõikumised sarnasel mootorirežiimil olid minimaalsed. väävlisisalduse vähendamiseks 11 (21)
Joonis 4 Ekraanitõmmis MS Romantika mõõtetulemustest Eesti Õhukvaliteedi Juhtimissüsteemi kodulehelt Kodulehel üleslaetud mõõtetulemused sisaldavad ka katsetus- ja kalibreerimisandmeid. väävlisisalduse vähendamiseks 12 (21)
Joonis 5 SO 2 mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14) Joonis 6 CO2 mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14) väävlisisalduse vähendamiseks 13 (21)
Joonis 7 NOx mõõtetulemused MS Romantika suitsugaasides (01.12-27.12.14) Tabel 1 Laeva suitsugaaside temperatuuri, kiiruse ja rõhu andmed Kuupäev Temperatuur suitsukäigus, C Gaasi kiirus suitsukäigus, m/s Rõhk suitsukäigus hpa 14.11.2014 20:40 340 17,26 1,38 15.11.2014 00:30 345 15,62 0,67 15.11.2014 08:30 321 8,7-0,6 15.11.2014 22:30 344 20,72 1,7 16.11.2014 03:00 341 20,07 2,97 16.11.2014 08:00 335 21,08 2,66 16.12.2014 19:30 329 19,12 1,67 väävlisisalduse vähendamiseks 14 (21)
Kuupäev Temperatuur suitsukäigus, C Gaasi kiirus suitsukäigus, m/s Rõhk suitsukäigus hpa 17.12.2014 00:15 330 19,20 2,05 17.12.2014 08:00 316 8,66-0,41 17.12.2014 21:00 334 6,83-0,92 18.12.2014 00:20 320 19,45 1,67 18.12.2014 05:15 348 19,87-1,94 18.12.2014 20:10 342 17,16 1,22 19.12.2014 00:00 333 17,31 1,6 19.12.2014 09:00 344 10,17 0,05 19.12.2014 21:00 340 11,00-0,23 20.12.2014 02:00 328 18,30 1,55 20.12.2014 06:50 332 18,27 1,49 Lisaks võrreldi suitsugaaside mõõtetulemuste (SO2 ja CO2 suhe) põhjal arvutatud kütuse väävlisisaldust (S, %) ning võrreldi saadud tulemusi AS Tallinki kütuse punkerdamissertifikaatidel (tarnijad AS Bominflot IFO-LS; IFO ja St1 Energy AB RMG 380) märgitud väävlisisaldusega. Tulemused on toodud Joonis 8, millest nähtub, et nii IFO-LS, IFO kui RMG 380 sertifikaadil märgitud väävlisisaldused langevad hästi kokku laeva suitsugaasides mõõdetud SO2 ja CO2 ning nende suhte põhjal arvutatud väävlisisaldusega. Tulemuste vahel valitseb tugev seos, mida kinnitab Pearsoni korrelatsioonikordaja r=0,948. Kuna uue kütuse lisamisel seguneb see vana kütusega ning teatud perioodil on kasutusel uue ja vana kütuse segu, siis ei saa väga täpselt määratleda aega kunasest on väävlisisalduse vähendamiseks 15 (21)
S, % (arvutuslik) Eesti Keskkonnauuringute Keskus OÜ kasutusel nö uus kütus. Sellele vaatamata võib väita, et suitsugaaside mõõtetulemused on usaldusväärsed ning mõõtesüsteem võimaldab piisava täpsusega määrata kütuse väävlisisalduse. 1.2 S sisaldus kütuses, % LinearFit 1.0 0.8 Kütus:IFO-LS ja IFO 0.6 Equation Kütus:LS (RMG 380) 0.4 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Weight Residual Sum of Squares S, % (sertifikaadil) y = a + b*x No Weighting 0.03299 Pearson's r 0.94786 Adj. R-Square 0.88393 Value Standard Error Sarvutuslik Intercept 0.06458 0.10306 Sarvutuslik Slope 0.95399 0.12123 Joonis 8 Arvutusliku ja kütusesertifikaadil oleva väävlisisalduse võrdlus 16.12 kuni 20.12.2014 toimusid MS Romantika pardal katsetused kütuselisandi CC 3500 ja vesiemulsiooniga, mille käigus lisati 0,5% (suusõnaline info katsetuste läbiviijalt, aruande koostajal puudub kasutatud kütuse sertifikaat) väävlisisaldusega kütusele 7,5 ja 15% vastavat emulsioonisegu. Joonis 9 on toodud suitsugaaside mõõtetulemuste põhjal leitud SO 2 ja CO 2 suhe, mida võrreldi vastavalt resolutsioonile MEPC.184(59) (Tabel 2), kus on toodud vastavad SO 2 /CO 2 suhted, mis peavad olema täidetud kui kasutatakse väävliärastust. Mõõtmistulemustest nähtub, et taoliste kütuselisandite kasutamine ei taga resolutsioonis MEPC.184(59) toodud suhet, mis kehtib 0,1%-lise väävlisisaldusega kütuse kasutamisel. Mõõtetulemuste põhjal võib järeldada, et kasutusel olnud 0,5% väävlisisaldusega kütuse väävlisisaldus ei vähenenud alates 01.01.2015. a. Läänemerel sõitvate laevadele kehtima hakkava väävlisisalduse tasemeni, milleks on 0,1%. Samuti ei tuvastatud kütuselisandi CC 3500 väävlisisaldust vähendavat efekti, kuigi Tallinna Tehnikaülikooli Virumaa Kolledži (Muoni et al. 2013) poolt 2013. a. teostatud katsemõõtmistel tuvastati kuni 97%-line SO 2 vähenemine. väävlisisalduse vähendamiseks 16 (21)
SO2 (ppm)/co2 (% v/v) suhe Eesti Keskkonnauuringute Keskus OÜ Tabel 2 Kütuse väävlisisalduse ja SO2/CO2 suhe vastavalt resolutsioonile MEPC.184(59) Kütuse väävlisisaldus (% m/m) SO2 (ppm)/co2 (% v/v) suhe 4.50 195.0 3.50 151.7 1.50 65.0 1.00 43.3 0.50 21.7 0.10 4.3 30 SO2 (ppm)/co2 (% v/v) suhe 25 20 15 16.12.2014 17.12.2014 18.12.2014 19.12.2014 Joonis 9 SO2 (ppm)/co2 (% v/v) suhe 16.12 kuni 20.12.2014 katsetuste käigus väävlisisalduse vähendamiseks 17 (21)
3 Kasutatud kirjandus Muoni, R. 2013. Kütuselisandi CC 3500 potentsiaalse efektiivsuse mõju laevakütusele. Aruanne. RESOLUTION MEPC.184(59). Adopted on 17 July 2009. 2009 GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANING SYSTEMS väävlisisalduse vähendamiseks 18 (21)
4 Lisa 1 väävlisisalduse vähendamiseks 19 (21)
väävlisisalduse vähendamiseks 20 (21)
väävlisisalduse vähendamiseks 21 (21)