چالش های فنی استفاده از گاز طبیعی مایع (LNG) به عنوان سوخت اصلی کشتی ها

صنعت دریانوردی بین المللی در سال های اخیر تحت فشار شدیدی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های زیست محیطی قرار گرفته است. سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) قوانین سخت گیرانه ای را برای کاهش اکسیدهای گوگرد و کربن وضع کرده که مالکان کشتی ها را به سمت جایگزین های سوخت سنتی سوق داده است. در این میان، گاز طبیعی مایع یا همان LNG به عنوان یکی از جدی ترین گزینه ها برای جایگزینی نفت کوره سنگین مطرح شده است. با وجود مزایای زیست محیطی قابل توجه، گذار به سمت این سوخت با چالش های فنی و مهندسی پیچیده ای روبرو است که نیازمند بررسی دقیق در زیرساخت های پالایشگاهی و طراحی شناورها می باشد.

ماهیت کرایوژنیک و چالش ذخیره سازی

یکی از اصلی ترین چالش های فنی در استفاده از LNG، ماهیت کرایوژنیک یا دمای بسیار پایین آن است. گاز طبیعی برای تبدیل شدن به مایع باید تا دمای منفی ۱۶۲ درجه سانتی گراد سرد شود. این موضوع به معنای آن است که مخازن سوخت کشتی باید از مواد خاصی مانند فولاد ضد زنگ با نیکل بالا یا آلیاژهای آلومینیوم ساخته شوند که در برابر تردی ناشی از سرمای شدید مقاوم باشند. برخلاف سوخت های مایع معمولی که در مخازن ساده بدنه کشتی ذخیره می شوند، مخازن LNG نیازمند سیستم های عایق بندی چندلایه و بسیار پیشرفته هستند تا نرخ تبخیر گاز را به حداقل برسانند.

علاوه بر متریال، مسئله فضا نیز یک چالش فنی است. چگالی انرژی LNG نسبت به سوخت های دیزلی کمتر است، به این معنی که برای تولید مقدار مشابهی از انرژی، مخازن LNG باید حدود دو تا سه برابر بزرگ تر از مخازن سوخت سنتی باشند. این موضوع باعث کاهش فضای بارگیری کشتی و تغییر در محاسبات پایداری و مرکز ثقل شناور می شود که مهندسان طراح را با محدودیت های جدی مواجه می کند.

پدیده تبخیر گاز (BOG) و مدیریت فشار

در طول سفرهای دریایی طولانی، به دلیل نفوذ ناگزیر حرارت به درون مخازن، بخشی از LNG تبخیر شده و به گاز تبدیل می شود که اصطلاحا به آن Boil-off Gas یا BOG می گویند. مدیریت این گاز تبخیر شده یک فرآیند فنی حساس است. اگر فشار داخل مخزن به درستی کنترل نشود، خطرات ایمنی جدی ایجاد می کند. مهندسان باید سیستم هایی را طراحی کنند که این گاز را یا در موتورهای دوگانه سوز (Dual Fuel) بسوزانند، یا توسط سیستم های بازگشت مایع (Reliquefaction) مجددا به حالت مایع درآورند و یا در بدترین حالت، در واحدهای اکسیداسیون حرارتی دفع کنند. هر کدام از این روش ها نیازمند تجهیزات جانبی پیچیده و مصرف انرژی اضافی است که بازدهی کلی سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد.

چالش های احتراق و لغزش متان

در بخش پیشرانه، موتورهای کشتی باید توانایی کار با گاز را داشته باشند. اگرچه موتورهای دوگانه سوز توسعه یافته اند، اما پدیده ای به نام “لغزش متان” (Methane Slip) یکی از بزرگترین موانع فنی محسوب می شود. لغزش متان به معنای خروج بخشی از گاز متان به صورت سوخته نشده از محفظه احتراق و ورود آن به اتمسفر است. از آنجایی که پتانسیل گرمایشی متان بسیار بیشتر از دی اکسید کربن است، این نقص فنی می تواند مزایای زیست محیطی استفاده از LNG را به کلی زیر سوال ببرد. بهینه سازی زمان بندی سوپاپ ها و فشار تزریق سوخت برای به حداقل رساندن این پدیده، همچنان یکی از موضوعات داغ در مراکز تحقیق و توسعه صنایع پالایشی و دریایی است.

زیرساخت های سوخت رسانی و ایمنی عملیاتی

انتقال LNG از خشکی به کشتی یا از کشتی به کشتی (Bunkering) فرآیندی بسیار حساس تر از سوخت گیری های معمولی است. کوچکترین نشت در اتصالات می تواند منجر به انجماد آنی قطعات فلزی، شکستگی ساختاری بدنه و یا انفجار در صورت ترکیب با هوا شود. ایجاد استانداردهای ایمنی برای بنادر و آموزش پرسنل متخصص برای کار با تجهیزات گاز مایع، هزینه های عملیاتی را به شدت افزایش می دهد. همچنین، تامین سوخت با کیفیت یکنواخت و عدد متان مناسب از سوی پالایشگاه ها اهمیت حیاتی دارد؛ چرا که نوسان در ترکیبات گاز می تواند منجر به پدیده “کوبش” در موتورهای کشتی شده و خسارات سنگینی به قطعات داخلی موتور وارد کند.

نتیجه گیری فنی

استفاده از گاز طبیعی مایع به عنوان سوخت دریایی، اگرچه گامی بلند به سوی دریانوردی سبز است، اما پیاده سازی آن مستلزم عبور از سدهای فنی متعددی در حوزه متالورژی، ترمودینامیک و کنترل فرآیند است. موفقیت در این مسیر نیازمند همکاری نزدیک میان شرکت های پتروپالایشی برای تولید سوخت استاندارد و مهندسان دریانوردی برای طراحی سیستم های ایمن تر و کارآمدتر می باشد. با پیشرفت تکنولوژی های مرکاپتان زدایی و خالص سازی گاز، می توان انتظار داشت که چالش های مربوط به کیفیت سوخت و خوردگی تجهیزات به حداقل برسد.

پتروپالایش نیک یزد: پیشرو در توسعه ارزش افزوده و سوخت های پاک

شرکت پتروپالایش نیک یزد با تکیه بر دانش متخصصین داخلی و بهره گیری از فناوری های نوین، همواره در مسیر جلوگیری از خام فروشی و ارتقای کیفیت فرآورده های نفتی گام برداشته است. ما با درک چالش های فنی سوخت های نوین در صنایع سنگین، از جمله صنعت دریانوردی، تمرکز ویژه ای بر تحقیق و توسعه فرآیندهای بهینه سازی سوخت داشته ایم. کسب حق اختراع در زمینه مرکاپتان زدایی میعانات گازی، گواهی بر تعهد ما به حفظ محیط زیست و تولید فرآورده هایی با استانداردهای بین المللی است. پتروپالایش نیک یزد با حضور فعال در بورس انرژی و صادرات محصولات با کیفیت به بازارهای جهانی، آماده است تا راهکارهای پایداری را برای تامین انرژی صنایع بزرگ و کاهش اثرات زیست محیطی ارائه دهد. ما معتقدیم با ایجاد ارزش پایدار، می توانیم بسترساز شکوفایی استعدادهای کشور و توسعه صنعت ملی باشیم.