Риски для здоровья при переходе кораблей с дизельного на аммиачное топливо

Кредит: Unsplash/CC0

Декарбонизирующая доставка для снижения этих вредных последствий является целью Международной морской организации, агентства США, которое регулирует морской транспорт.Одним из потенциальных решений является переключение глобального флота с ископаемого топлива на устойчивое топливо, такое как аммиак, который может быть почти без углерода при рассмотрении его производства и использования.

Но в новом исследовании междисциплинарная команда исследователей из MIT и в других местах предупреждает, что сжигание аммиака для морского топлива может еще больше ухудшить качество воздуха и привести к разрушительному воздействию общественного здравоохранения, если он не будет принят наряду с укрепленными правилами выбросов.

Сгорание аммиака генерирует оксид азота (N2O), парниковой газ, который примерно в 300 раз более сильным, чем углекислый газ.Он также испускает азот в форме оксидов азота (NO и NO2, называемых NOx), и может выскользнуть в атмосферу, который в конечном итоге образует мелкие частицы.Эти крошечные частицы могут быть вдыхаются глубоко в легкие, вызывая проблемы со здоровьем, такие как сердечные приступы, инсульты и астма.

Новое исследование показывает, что в соответствии с текущим законодательством переключение мирового флота на топливо аммиака может привести к примерно 600 000 дополнительных преждевременных смертей в год.Тем не менее, с более сильными правилами и более чистыми технологиями двигателя, переключатель может привести к примерно на 66 000 меньше преждевременных смертей, чем в настоящее время, вызванные выбросами судоходства на море, с гораздо меньшим влиянием на глобальное потепление.

«Не все климатические решения созданы равными. Почти всегда есть какая -то цена. Мы должны использовать более целостный подход и рассмотреть все затраты и выгоды от различных климатических решений, а не просто их потенциал для декарбонизации», - говорит Энтони Вонг, постдок в Центре глобальных изменений в MIT и ведущем авторе исследования.

Его соавторы включают Ноэль Селин, профессор Массачусетского технологического института в Институте данных, систем и общества и Департамента Земли, атмосферных и планетарных наук (EAPS);Себастьян Истхэм, бывший научный сотрудник, который в настоящее время является старшим преподавателем в Имперском колледже Лондона;Кристина Мунайм-Русель, профессор Университета Орлеанса во Франции;Ики Чжан, исследователь Гонконгового университета науки и технологий;и Флориан Алрогген, научный сотрудник Департамента аэронавтики и астронавтики MIT MIT.

Исследование было опубликовано на этой неделе в области экологических исследований.

Традиционно, аммиак производится путем лишения водорода из природного газа, а затем объединить его с азотом при чрезвычайно высоких температурах.Этот процесс часто связан с большим углеродным следствием.Морская судоходная промышленность делает ставки на разработку «зеленый аммиак», который производится с использованием возобновляемой энергии для изготовления водорода посредством электролиза и генерации тепла.

«Теоретически, если вы сжигаете зеленый аммиак в судовом двигателе, выбросы углерода почти равны нулю», - говорит Вонг.

Но даже самый зеленый аммиак генерирует оксид азота (N2O), оксиды азота (NOx) при сжигании, а некоторые из аммиака могут выскользнуть, несгоревшие.Этот азотист выйдет в атмосферу, где парниковой газ останется более 100 лет.В то же время азот, излучаемый в виде нокса и аммиака, упадет на Землю, повредив хрупкие экосистемы.Поскольку эти выбросы перевариваются бактериями, производится дополнительный N2O.

NOx и аммиак также смешиваются с газами в воздухе, образуя мелкие твердые частицы.Основной вклад в загрязнение воздуха, мелкие твердые частицы убивают около 4 миллионов человек в год.

«Сказать, что аммиак-это« чистое »топливо,-это немного перетягивание. Просто то, что он без углерода, не обязательно означает, что оно чисто и хорошо для общественного здравоохранения»,-говорит Вонг.

Исследователи хотели нарисовать всю картину, захватывая воздействие на окружающую среду и общественное здравоохранение на переключение глобального флота на топливо аммиака.Для этого они разработали сценарии для измерения того, как загрязняющие влияния изменяются в соответствии с определенными технологиями и политическими предположениями.

С технологической точки зрения они рассмотрели два судовых двигателя.Первый сжигает чистый аммиак, который генерирует более высокий уровень несгоревшего аммиака, но излучает меньше оксидов азота.Вторая технология двигателя включает в себя смешивание аммиака с водородом для улучшения сжигания и оптимизации характеристик каталитического преобразователя, который контролирует как оксиды азота, так и нестабильное загрязнение аммиака.

Они также рассмотрели три сценария политики: текущие правила, которые ограничивают только выбросы NOx в некоторых частях мира;сценарий, который добавляет ограничения выбросов аммиака в Северной Америке и Западной Европе;и сценарий, который добавляет глобальные ограничения на выбросы аммиака и NOx.

Исследователи использовали модель дорожного движения корабля, чтобы рассчитать, как изменяются выбросы загрязняющих веществ в каждом сценарии, а затем подали результаты в модель качества воздуха.Модель качества воздуха рассчитывает влияние выбросов кораблей на твердые частицы и загрязнение озона.Наконец, они оценили влияние на глобальное общественное здравоохранение.

Одна из самых больших задач возникла из-за отсутствия реальных данных, поскольку ни один аммиачный корабли еще не плывет по морям.Вместо этого исследователи полагались на экспериментальные данные сжигания аммиака от сотрудников для создания своей модели.

«Нам пришлось придумать несколько умных способов сделать эти данные полезными и информативными как для технологий, так и для нормативных ситуаций», - говорит он.

В конце концов, они обнаружили, что без новых правил и судовых двигателей, которые сжигают чистый аммиак, переключение всего флота приведет к 681 000 дополнительных преждевременных смертей в год.

«Хотя сценарий без новых правил не очень реалистичен, он служит хорошим предупреждением о том, насколько опасными могут быть выбросы аммиака. И в отличие от NOx, выбросы аммиака от доставки в настоящее время нерегулируются», - говорит Вонг.

Тем не менее, даже без новых правил использование технологии более чистого двигателя сократит количество преждевременных смертей до примерно 80 000, что примерно на 20 000 меньше, чем в настоящее время отнесено к выбросам судоходства.Благодаря более сильным глобальным правилам и более чистым технологиям двигателя число людей, убитых загрязнением воздуха, может быть сокращено примерно на 66 000.

«Результаты этого исследования показывают важность разработки политики наряду с новыми технологиями», - говорит Селин.«Существует потенциал для аммиака в доставке, чтобы быть полезным как для климата, так и для качества воздуха, но это требует, чтобы правила были разработаны, чтобы рассмотреть весь спектр потенциальных воздействий, включая как климат, так и качество воздуха».

Воздействие на качество воздуха аммиака не будет ощущаться равномерно по всему миру, и полное решение их в полной мере потребует скоординированных стратегий в очень разных контекстах.Большинство преждевременных смертей произойдут в Восточной Азии, поскольку в этом регионе правила качества воздуха менее строгими.Более высокие уровни существующего загрязнения воздуха вызывают образование большего количества твердых частиц из выбросов аммиака.Кроме того, объем доставки в Восточную Азию намного больше, чем в других местах на Земле, что усугубляет эти негативные последствия.

В будущем исследователи хотят продолжить совершенствование своего анализа.Они надеются использовать эти выводы в качестве отправной точки, чтобы побудить морскую отрасль обмениваться данными двигателей, которые они могут использовать для лучшей оценки качества воздуха и влияния климата.Они также надеются сообщить политикам о важности и срочности обновления правил выбросов доставки.

More information: Anthony Y H Wong et al, Climate and air quality impact of using ammonia as an alternative shipping fuel, Environmental Research Letters (2024). DOI: 10.1088/1748-9326/ad5d07

Эта история переиздана любезно предоставлена ​​MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, который охватывает новости о исследованиях, инновациях и преподавании MIT.