Emisiones para principiantes

44-0 Featured_ECA USA
Los dirigentes mundiales están convencidos de que el cambio climático es el problema más importante al que nos enfrentamos. De ahí las cada vez más abundantes, y más restrictivas, legislaciones acerca de las emisiones a la atmósfera, en general; y en particular, las asociadas a los barcos.

Siempre me ha parecido estúpido el debate sobre todo lo que rodea a los coches eléctricos, ya que no tiene ningún sentido si no se habla también de qué hay más allá del enchufe: esto es, de dónde sale la electricidad con la que se cargan las baterías. Por ejemplo: ¿por qué se sigue subvencionando el carbón?; o las centrales de ciclo combinado, quemando gas natural, que no deja de ser otro combustible fósil; y las nucleares, que no son buenas ni malas, sino todo lo contrario…

La discusión en un barco es más pertinente, ya que este es autónomo y los diseñadores/ingenieros pueden escoger la fuente de energía primaria: gasoil, HFO, LNG, solar, nuclear, eólica… ; o una combinación de ellas, que sirva tanto para la propulsión como para los diferentes equipos y servicios.

Pero me estoy yendo por las ramas, este no era un artículo de opinión. Hace semanas que intento desmadejar el lío de las emisiones y legislaciones asociadas; y este post lo he escrito para aclararme las ideas a mí mismo.

Empiezo con las principales emisiones perjudiciales que se producen en los barcos:

  • Contaminantes atmosféricos: óxidos de azufre (SOx), óxidos nitrosos (NOx), compuestos orgánicos volátiles (COV) y partículas en suspensión (PM, del inglés particulate matter)
  • Gases de efecto invernadero: dióxido de carbono (CO2)
  • Sustancias que agotan la capa de ozono: halones

La legislación en vigor puede separarse en 3 grupos: la americana, aplicable solo en EEUU y a los barcos con bandera estadounidense; la de la IMO, aplicable a todos los países; y la europea, aplicable en los países de la UE.

Legislación americana

A través de la Environmental Protection Agency (EPA), desde el año 1998 el gobierno de EEUU ha venido aprobando una serie de normativas destinadas a reducir las emisiones de NOx y partículas en suspensión, y para reducir la presencia de sulfuros en los combustibles. Básicamente, se establecían unos niveles máximos de emisiones con los que los motores debían cumplir, al salir de fábrica. En 4 escalones temporales (Tier 1, Tier 2, Tier 3, Tier 4), se marcaban unos máximos, más exigentes con cada escalón (o tier):

  1. Tier 1: Establecía los máximos, en cuanto a emisiones, que debían cumplir los motores fabricados entre los años 1999 y 2004
  2. Tier 2: Ídem, para los motores fabricados entre 2004 y 2009
  3. Tier 3: Ídem, para motores fabricados entre 2009 y 2014 (en algún caso se alarga hasta 2017)
  4. Tier 4: Ídem, para motores fabricados entre 2014 y 2017

La horquilla en las fechas son variaciones en función del tipo de motor (potencia y servicio). Cada escalón de la normativa muestra varias tablas como la de la figura siguiente: en función de la potencia del motor, del cubicaje (Displacement, L/cyl son los litros por cilindro), y en algunos casos del servicio a prestar, se establece que los modelos de determinado año (Model Year) deben cumplir con un máximo de emisiones (PM, NOx, hidrocarburos (HC)), en gramos por kWh del motor.

44-1 tabla Tier 3

Toda la normativa puede encontrarse en esta web y en esta otra, así como en los enlaces que figuran en ellas.

Normativas IMO

La IMO, a través del Marine Environment Protection Committee (MEPC), y en paralelo con las normativas americanas, añadió al convenio MARPOL un Anexo VI en 1997 (aunque no entró en vigor hasta 2005), que regula internacionalmente tres aspectos (para motores de más de 130 kW, y para todo tipo de combustible diésel marino):

  1. Emisiones de los motores: niveles máximos de NOx, SOx y partículas en suspensión
  2. Nivel máximo de contenido en sulfuro de los combustibles
  3. Establecimiento de unas “Áreas de Control de Emisiones” (ECA por sus siglas en inglés, de Emission Control Areas)

Un buen resumen de la evolución de esta normativa puede encontrarse aquí y aquí; y el texto completo del Anexo VI revisado, aquí.)

Al igual que en el caso americano, la normativa también se aplica en escalones temporales, en este caso con números romanos: Tier I, Tier II, Tier III; aunque en este caso la tabla es mucho más simple:

44-2 Tabla MARPOL VIEsta tabla es solo para NOx. Tanto las emisiones de NOx como de SOx, se pretenden controlar al obligar determinadas reducciones en el contenido en sulfuro de los combustibles, según muestra la tabla. La tabla para los SOx es esencialmente la misma (Regla 14 de MARPOL, Anexo VI), pero contemplando únicamente la parte del contenido en sulfuro del combustible. Se establecen también 3 escalones, pero sin llamarles “Tier I-II-II”. No existen valores límites ni para los SOx ni para las PM: se supone que el control de la calidad del combustible hará disminuir ambos drásticamente.

Los máximos permitidos para emisiones de NOx para cada escalón son los siguientes (Regla 13 de MARPOL, Anexo VI; “n” son las rpm del motor):

44-3 Tabla limites NOxPara conseguir estos límites, además de usar combustibles bajos en sulfuros, los motores deben funcionar con tecnologías que por sí mismas hagan que el motor funcione con esas emisiones máximas: principalmente catalizadores y la optimización de la combustión; también se pueden realizar tratamientos a los gases de escape. En algunas webs que explican estas normativas (incluido por ejemplo un informe de Bureau Veritas, o este informe de una consultoría, de 2004 – algo desfasado, por tanto), he leído que los tratamientos a los gases de escape deben conseguir una reducción del SO2 hasta que este quede por debajo de los 6 g/kWh, pero en ninguna normativa he encontrado explícitamente esta cifra.

En cualquier caso, a día de hoy, el proceso está como sigue:

  • Actualmente, todos los motores están obligados a cumplir con los requisitos que se establecieron en cuanto a emisiones (independientemente del combustible usado) en los Tier I (desde 2005, cuando entró en vigor el MARPOL original) y Tier II (desde 2010, cuando entraron en vigor las enmiendas al Anexo VI acordadas en 2008)
  • En enero de 2015, en las diferentes ECAs, solo se podrán usar combustibles con menos de 1.000 ppm (partes por millón) en sulfuros
  • En enero de 2016, en las ECAs americanas no se podrán rebasar los límites máximos en emisiones de NOx que establece el Anexo VI de MARPOL
  • En 2020, en ningún mar se podrán utilizar combustibles con más de 5.000 ppm en sulfuros

El año pasado, la IMO decidió posponer el Tier III hasta 2021 (a propuesta de Rusia, aduciendo la falta de tecnologías disponibles en el mercado para poder implementar esta normativa); aunque en abril de este año se retractó en parte, manteniendo 2016 para la ECA de EEUU y del Caribe norteamericano. En la misma sesión de abril, se estableció que el escalón Tier III no será obligatorio para yates de recreo menores de 500 GT hasta 2021, mientras que para los yates menores de 24m no será obligatorio en ningún caso.

El cumplimiento de la normativa de contenido en sulfuro máximo en los combustibles, se consigue teniendo a bordo tanques separados con combustibles diferentes: uno que cumpla la normativa (considerablemente mas caro que el convencional) y otro que no la cumpla. Los buques que durante un viaje entren y salgan de una ECA, están obligados a registrar en el diario de navegación la hora y posición en la que efectúan el cambio de combustible. Esta guía de DNV está algo desfasada (tiene unos 10 años; la parte de la IMO está bien explicada, pero todavía no contempla la normativa europea actualmente en vigor), pero se muestran ejemplos de esquemas del sistema de limpieza de los gases de exhaustación (página 15) y del sistema de alimentación con tanques de fuel “normal” y fuel con bajo contenido en sulfuro (pág. 18).

Legislación europea

En la web de la UE hay gran cantidad de libros blancos, informes estratégicos, declaraciones de intenciones, etc. (todos ellos algo desfasados, a estas alturas). Legislación propiamente dicha, solo la Directiva 2012/33/UE “relativa al contenido de azufre de los combustibles para uso marítimo”, como casi siempre tarde y a remolque: en ella se adopta directamente la normativa de la IMO (todo lo explicado en los párrafos anteriores acerca del Anexo VI de MARPOL).

ECAs

Las ECAs que contemplan todas estas normativas son las siguientes (si no tengo mal entendido, estas ECAs se crean a propuesta de los propios países, no a propuesta de la IMO):

  • Mar Báltico, solo para el control de SOx
  • Mar del Norte (incluye el Canal de la Mancha), solo para el control de SOx
  • Zonas adyacentes a las costas de EEUU y Canadá, hasta 200 millas mar adentro, para SOx, NOx y PM (la imagen de cabecera corresponde a esta zona, delimitada en línea verde)
  • Zona de Puerto Rico y las Islas Vírgenes de los EEUU (hasta unas 50 millas de la costa), para SOx, NOx y PM

En algún documento de la IMO se dice que está previsto crear nuevas ECAs en el Mediterráneo y en la zona de Japón, pero sin especificar nada más (ni fechas, ni límites concretos).

Soluciones técnicas

Algunas de las soluciones existentes, en mayor o menor grado, para poder cumplir con estas normativas son:

  1. Motores menos contaminantes (por ejemplo con mejoras en los sistemas de inyección; o mediante catalizadores; o con funcionamiento dual diésel/gas, como el barco más rápido del mundo, un wave-piercer de Incat)
  2. Propulsión LNG: remolcadores, offshore support vessels (OSV), portacontenedores,  ferrys… Ya hay 100 barcos con propulsión LNG en todo le mundo – el problema está en las infraestructuras para repostar LNG; aunque la directiva 2012/33/UE marca un plazo en 2020 para la reducción del contenido en sulfuro de los combustibles, la Comisión, el Parlamento y el Consejo Europeo (es decir, los estados) han acordado que hasta 2025 no es necesario que los puertos dispongan de estas infraestructuras para suministro de LNG a los barcos
  3. Por tanto, y en su defecto, se diseñan barcos que funcionen con diésel, pero que en un futuro puedan usar LNG como combustible (esto implica: prever la instalación de los tanques de LNG, que son mayores y cuya instalación es más complicada, respecto al fuel convencional; todo el servicio de combustible debe resistir temperaturas criogénicas; el suministro al motor requiere un servicio algo más complicado, incluyendo un vaporizador; se necesitan detectores de gas en todos los compartimentos por los que pase el servicio de combustible – el año pasado, DNV hizo un catálogo que sirviera como guía para este tipo de barcos)
  4. Procesos varios para depurar los combustibles, que tengan menos contenido en sulfuros, p.ej. este
  5. Combustibles tipo bio-diesel mejorados, como este
  6. Métodos de propulsión complementarios: velas rígidas, cometas, etc., que hagan disminuir el consumo. Algunos incluso han recuperado los barcos de vela
  7. También para disminuir el consumo, conectar los barcos a la red eléctrica en tierra mientras están en puerto, de manera que los grupos generadores puedan estar apagados
  8. Una técnica de ahorro de combustible (y sobre todo de reducción de costes de explotación) muy en boga consiste en navegar a velocidades más lentas de las de diseño (slow steaming) – pero sobre esto tengo previsto escribir un post en breve

Para terminar, la UE emitió, en junio de 2013, una propuesta para monitorizar e informar de las emisiones de CO2 para barcos mayores de 5.000 GT (un resumen puede leerse aquí). En enero de 2014 se presentó un informe en el Parlamento, que propone extender el control a los NOx, y a barcos mayores de 400 GT (aquí; o un resumen, aquí). La IMO también trabaja en el desarrollo de un sistema de monitorización e informe de las emisiones de CO2, pero de momento parece que no hay fumata blanca.

Imagen de portada: ECA norteamericana, obtenida en la web de la EPA. Las tablas presentadas están sacadas de las diferentes normativas enlazadas.

 

Acerca de bruno

Ingeniero naval; en las playas de Esqueria, me entretengo empezando castillos en el aire. Escribo, exploro, nado, insisto.

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