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https://www.jewellok.com/what-is-exhaust-gas-cleaning-system/

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Nel settore marittimo, le normative ambientali sono diventate sempre più rigorose per contrastare l’inquinamento atmosferico causato dalle navi. Una delle tecnologie chiave per affrontare questa sfida è il sistema di depurazione dei gas di scarico (EGCS), comunemente noto come “scrubber”. Un EGCS è un dispositivo di controllo dell’inquinamento installato sulle navi per rimuovere le sostanze nocive, principalmente gli ossidi di zolfo (SOx), dai gas di scarico dei motori. Questo sistema consente alle navi di rispettare gli standard internazionali sulle emissioni pur continuando a utilizzare combustibili economicamente vantaggiosi. Poiché il trasporto marittimo globale contribuisce in modo significativo all’inquinamento atmosferico, comprendere il funzionamento dell’EGCS è fondamentale sia per gli ingegneri che per gli operatori navali e gli scienziati ambientali.

Il principale fattore che ha determinato l’adozione dell’EGCS deriva dalle normative stabilite dall’Organizzazione marittima internazionale (IMO). Prima del 2020, le navi potevano utilizzare combustibili con un contenuto di zolfo fino al 3,5%, il che comportava elevate emissioni di SOx che contribuiscono alle piogge acide, ai problemi respiratori e al degrado ambientale. L’Allegato VI della Convenzione MARPOL dell’IMO ha introdotto un limite massimo globale di zolfo dello 0,5% a partire dal 1° gennaio 2020, noto come IMO 2020. Nelle aree designate di controllo delle emissioni (ECA), come alcune zone del Nord America e dell’Europa, il limite è ancora più rigoroso e pari allo 0,1%. Le navi hanno tre opzioni principali per conformarsi alla normativa: passare a combustibili a basso tenore di zolfo, utilizzare combustibili alternativi come il gas naturale liquefatto (GNL) oppure installare un sistema EGCS per “depurare” i gas di scarico derivanti dall’olio combustibile ad alto tenore di zolfo (HSFO). L’EGCS offre una soluzione pratica per le navi ad alto consumo di carburante, come le portacontainer e le petroliere, consentendo di continuare a utilizzare l’HSFO, più economico.

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Come funzionano i sistemi di depurazione dei gas di scarico

Fondamentalmente, un EGCS opera secondo il principio del lavaggio a umido, un processo mutuato dal controllo dell’inquinamento atmosferico industriale. Il sistema cattura i gas di scarico provenienti dai motori o dalle caldaie della nave e li fa passare attraverso una torre di lavaggio, dove gli inquinanti vengono assorbiti o neutralizzati.

Il processo ha inizio con l’ingresso dei gas di scarico nell’unità di lavaggio, solitamente situata nel fumaiolo o nel camino della nave. All’interno della torre, il gas viene a contatto con un mezzo di lavaggio, di solito acqua nebulizzata in goccioline fini. Il biossido di zolfo (SO₂), il componente principale degli SOx, è altamente solubile in acqua e reagisce formando acido solforoso (H₂SO₃), che a sua volta si ossida ulteriormente trasformandosi in acido solforico (H₂SO₄). Per neutralizzare questa acidità, vengono aggiunte sostanze alcaline. Nei sistemi a base di acqua di mare, l’alcalinità naturale dell’acqua di mare (derivante dai bicarbonati) reagisce con l’acido formando composti innocui come il solfato di calcio.

Anche il particolato (PM), che comprende fuliggine e metalli pesanti, viene catturato mentre il gas gorgoglia attraverso il liquido o entra in collisione con le goccioline. I gas di scarico depurati, con una riduzione degli SOx che arriva fino al 98%, vengono rilasciati nell’atmosfera. L’acqua di lavaggio utilizzata viene sottoposta a trattamento per rimuovere i contaminanti prima dello scarico o del riciclaggio, a seconda del tipo di sistema.

I componenti chiave di un EGCS includono:

– Torre di lavaggio: un serbatoio verticale o orizzontale in cui avviene il contatto gas-liquido. Può utilizzare materiali di riempimento o ugelli Venturi per migliorare la miscelazione.

– Pompe e ugelli: per far circolare e spruzzare il liquido di lavaggio ad alta pressione.

– Sistemi di monitoraggio e controllo: i sensori misurano il pH, la torbidità, gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e i livelli di nitrati nell’acqua di lavaggio per garantire la conformità alle linee guida dell’IMO (MEPC.259(68)).

– Unità di trattamento dell’acqua di lavaggio: comprende separatori, filtri e sistemi di dosaggio chimico per la gestione dei fanghi e degli effluenti.

Dal punto di vista operativo, l’EGCS si integra con il sistema di gestione del motore della nave. Le valvole di bypass dei gas di scarico consentono di disattivare il sistema nei porti in cui vigono restrizioni. La manutenzione prevede una pulizia regolare per prevenire la formazione di incrostazioni dovute ai depositi di solfati.

Tipi di sistemi di depurazione dei gas di scarico

I modelli di EGCS variano in base all’utilizzo dell’acqua e ai metodi di scarico, distinguendosi in tre tipologie principali: a circuito aperto, a circuito chiuso e ibridi.

I sistemi a circuito aperto sono i più semplici e diffusi. Prelevano l’acqua di mare direttamente dall’oceano, la utilizzano per il lavaggio e reimmettono in mare l’acqua di lavaggio trattata. La naturale capacità tampone dell’acqua di mare neutralizza gli acidi senza l’aggiunta di sostanze chimiche. Questi sistemi sono convenienti in acque aperte, ma sono oggetto di critiche per il potenziale inquinamento degli ambienti marini con acqua acida e carica di metalli. Le normative dell’IMO limitano il pH dello scarico a un valore superiore a 6,5 e impongono restrizioni relative agli IPA e alla torbidità.

I sistemi a circuito chiuso ricircolano una soluzione di acqua dolce o trattata miscelata con soda caustica (NaOH) o altri alcali. I gas di scarico vengono depurati in un circuito chiuso, con uno scarico minimo: solo un piccolo prelievo di effluente concentrato, che viene stoccato a bordo o trattato a terra. Questo tipo di sistema è ideale per le ECA o i porti che vietano gli scarichi a cielo aperto, poiché riduce al minimo l’impatto ambientale. Tuttavia, richiede lo stoccaggio di sostanze chimiche, un maggiore consumo energetico per il ricircolo e lo smaltimento periodico dei fanghi.

I sistemi ibridi combinano entrambi gli approcci, consentendo agli operatori di cambiare modalità in base alla posizione. In mare aperto, funzionano a circuito aperto per garantire l’efficienza; nelle aree soggette a restrizioni, passano al circuito chiuso. I sistemi ibridi offrono flessibilità, ma sono più complessi e costosi da installare.

La scelta dipende dalla rotta della nave, dal tipo di combustibile e dalle normative locali. Ad esempio, le navi da crociera che operano in aree costiere sensibili spesso preferiscono i sistemi ibridi.

Vantaggi dei sistemi di depurazione dei gas di scarico

I sistemi EGCS offrono numerosi vantaggi tecnici ed economici. Dal punto di vista ambientale, riducono drasticamente le emissioni di SOx, migliorando la qualità dell’aria in prossimità dei porti e delle rotte marittime. Gli studi dimostrano una riduzione del PM e del carbonio nero, con benefici indiretti per gli obiettivi climatici. Per gli armatori, il vantaggio principale è il risparmio sui costi del carburante: l’HSFO è in genere più economico del 20-30% rispetto alle alternative a basso tenore di zolfo. I tempi di ammortamento dell’installazione possono essere di soli 2-5 anni per le navi ad alto consumo.

Dal punto di vista ingegneristico, l’EGCS migliora la flessibilità operativa. Evita le modifiche ai motori richieste da alcuni combustibili alternativi e può integrarsi con la riduzione catalitica selettiva (SCR) per il controllo degli NOx. I sistemi moderni raggiungono un’efficienza superiore al 90%, con alcuni modelli in grado di gestire più motori contemporaneamente.

Svantaggi e sfide

Nonostante i vantaggi, l’EGCS non è privo di inconvenienti. I costi di installazione variano da 2 a 10 milioni di dollari per nave, a seconda delle dimensioni e del tipo, e comportano interventi di adeguamento che potrebbero richiedere il bacino di carenaggio. I vincoli di spazio sulle navi più vecchie pongono delle sfide, poiché gli scrubber aumentano il peso e alterano la stabilità.

Dal punto di vista operativo, i sistemi consumano l’1-2% di carburante in più per pompe e ventilatori, aumentando leggermente le emissioni di CO₂: un compromesso nella corsa alla decarbonizzazione. La manutenzione è fondamentale; la corrosione causata dagli ambienti acidi richiede materiali come l’acciaio inossidabile di alta qualità o rivestimenti specifici. Il trattamento delle acque di lavaggio aggiunge complessità, con il rischio di multe per non conformità in caso di malfunzionamento dei sistemi di monitoraggio.

Le preoccupazioni ambientali sono preminenti. Gli scarichi a circuito aperto possono acidificare le acque superficiali e introdurre sostanze tossiche, portando a divieti in porti come Singapore, la California e alcune zone d’Europa. I sistemi a circuito chiuso mitigano questo problema ma generano fanghi pericolosi che richiedono impianti di smaltimento portuali. I critici sostengono che gli EGCS si limitino a spostare l’inquinamento dall’aria al mare, ritardando la transizione verso combustibili più puliti.

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Tendenze future e conclusioni

Il mercato degli EGCS è in rapida evoluzione. A partire dal 2025, oltre 5.000 navi avranno installato gli scrubber, con una crescita trainata dai differenziali di prezzo dei combustibili. Tra le innovazioni figurano gli scrubber a secco che utilizzano pellet di calce per l’assorbimento degli SOx, sebbene siano meno diffusi nelle applicazioni marittime. Si profila all’orizzonte l’integrazione con i sistemi di cattura del carbonio e di combustibile a base di ammoniaca, in linea con gli obiettivi di zero emissioni nette fissati dall’IMO per il 2050.

Le pressioni normative si stanno intensificando. L’IMO sta rivedendo le linee guida relative alle acque di lavaggio, con la possibilità di rendere obbligatorio un trattamento più rigoroso. I porti potrebbero ampliare le zone di divieto di scarico, favorendo alternative a ciclo chiuso o a emissioni zero.

In conclusione, il sistema di depurazione dei gas di scarico (EGCS) rappresenta una tecnologia ponte fondamentale nella decarbonizzazione del settore marittimo. Consentendo il rispetto delle normative sullo zolfo, concilia la redditività economica con la tutela ambientale. Tuttavia, il suo ruolo a lungo termine dipende dalla gestione dell’impatto degli scarichi e dal suo contributo a una transizione più ampia verso un trasporto marittimo sostenibile. Mentre il settore naviga in queste acque, l’EGCS sottolinea l’intersezione tra ingegnosità ingegneristica e necessità normative.

Per ulteriori informazioni su cosa sia il sistema di depurazione dei gas di scarico, potete visitare il sito di Jewellok all’indirizzo https://www.specialtygasregulator.com/product-category/specialty-gas-cabinet/.