Współczesne statki towarowe używają ogromnych silników diesla, które emitują duże ilości zanieczyszczeń powietrza, przyczyniając się do zmian klimatycznych i wpływając na zdrowie ludzi. Transport morski stanowi prawie 3 procent globalnych emisji dwutlenku węgla, a negatywne skutki tej branży na jakość powietrza powodują około 100 000 przedwczesnych zgonów rocznie.

Dekarbonizacja żeglugi w celu zmniejszenia tych szkodliwych skutków jest celem Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO), agencji ONZ, która reguluje transport morski. Jednym z potencjalnych rozwiązań jest przejście globalnej floty z paliw kopalnych na paliwa zrównoważone, takie jak amoniak, który mógłby być niemal bezemisyjny, gdy uwzględni się jego produkcję i użytkowanie.

Jednak w nowym badaniu interdyscyplinarny zespół badaczy z MIT i innych instytucji ostrzega, że spalanie amoniaku jako paliwa morskiego może dodatkowo pogorszyć jakość powietrza i prowadzić do dewastujących skutków dla zdrowia publicznego, chyba że wprowadzone zostaną wzmocnione przepisy dotyczące emisji.

Spalanie amoniaku generuje podtlenek azotu (N2O), gaz cieplarniany, który jest około 300 razy silniejszy od dwutlenku węgla. Emituje również azot w postaci tlenków azotu (NO i NO2, znanych jako NOx), a niespalony amoniak może wyciekać, co ostatecznie tworzy drobne cząstki w atmosferze. Te drobne cząstki mogą być wdychane głęboko do płuc, powodując problemy zdrowotne, takie jak zawały serca, udary i astma.

Nowe badanie pokazuje, że zgodnie z obowiązującymi przepisami, przejście globalnej floty na amoniak mogłoby spowodować do około 600 000 dodatkowych przedwczesnych zgonów rocznie. Jednak przy silniejszych przepisach i czystszej technologii silników, ta zmiana mogłaby skutkować około 66 000 mniej przedwczesnych zgonów niż obecnie powodowanych przez emisje z transportu morskiego, z dużo mniejszym wpływem na globalne ocieplenie.

“Nie wszystkie rozwiązania klimatyczne są sobie równe. Zawsze istnieje jakaś cena do zapłacenia. Musimy podejść do problemu holistycznie i rozważyć wszystkie koszty i korzyści różnych rozwiązań klimatycznych, a nie tylko ich potencjał dekarbonizacyjny,” mówi Anthony Wong, doktorant w Centrum Nauki o Globalnych Zmianach MIT i główny autor badania.

Jego współautorzy to Noelle Selin, profesor MIT w Instytucie Nauki o Danych, Systemach i Społeczeństwie oraz w Departamencie Nauk o Ziemi, Atmosferycznych i Planetarnych (EAPS); Sebastian Eastham, były główny naukowiec badawczy, obecnie starszy wykładowca w Imperial College London; Christine Mounaïm-Rouselle, profesor na Uniwersytecie w Orleanie we Francji; Yiqi Zhang, badacz na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Hongkongu; oraz Florian Allroggen, badacz w Departamencie Aeronautyki i Astronautyki MIT. Badanie zostało opublikowane w tym tygodniu w Environmental Research Letters.

Zielony, czystszy amoniak
Tradycyjnie amoniak jest produkowany przez wydobywanie wodoru z gazu ziemnego, a następnie łączenie go z azotem w ekstremalnie wysokich temperaturach. Proces ten jest często związany z dużym śladem węglowym. Przemysł morski polega na rozwoju "zielonego amoniaku", który jest produkowany przy użyciu energii odnawialnej do wytwarzania wodoru poprzez elektrolizę i do generowania ciepła.

“W teorii, jeśli spalacie zielony amoniak w silniku statku, emisje węgla są niemal zerowe,” mówi Wong.

Ale nawet najczystszy amoniak produkuje podtlenek azotu (N2O), tlenki azotu (NOx) przy spalaniu, a część amoniaku może wyciekać niespalona. Ten podtlenek azotu uciekałby do atmosfery, gdzie gaz cieplarniany utrzymywałby się przez ponad 100 lat. Jednocześnie azot emitowany jako NOx i amoniak opada na Ziemię, niszcząc wrażliwe ekosystemy. Gdy te emisje są przetwarzane przez bakterie, tworzy się dodatkowy N2O.

NOx i amoniak również mieszają się z gazami w powietrzu, tworząc drobne cząstki. Jako główny przyczyniający się do zanieczyszczenia powietrza, drobne cząstki zabijają rocznie szacunkowo 4 miliony ludzi.

“Twierdzenie, że amoniak jest ‘czystym’ paliwem, jest nieco przesadzone. Tylko dlatego, że jest bezwęglowy, niekoniecznie oznacza, że jest czysty i dobry dla zdrowia publicznego,” mówi Wong.

Wiele modeli
Badacze chcieli przedstawić pełen obraz, uchwycić wpływ środowiskowy i zdrowotny przejścia globalnej floty na amoniak. Aby to zrobić, zaprojektowali scenariusze, aby zmierzyć, jak zmieniają się skutki zanieczyszczeń w zależności od określonych założeń technologicznych i politycznych.

Ze strony technologicznej rozważyli dwa rodzaje silników statków. Pierwszy spala czysty amoniak, co powoduje więcej niespalonego amoniaku, ale emituje mniej tlenków azotu. Druga technologia silnika polega na mieszaniu amoniaku z wodorem w celu poprawy spalania i optymalizacji wydajności katalizatora, który kontroluje zarówno tlenki azotu, jak i zanieczyszczenia niespalonym amoniakiem.

Rozważyli również trzy scenariusze polityczne: obecne przepisy, które ograniczają emisje NOx tylko w niektórych częściach świata; scenariusz dodający ograniczenia emisji amoniaku nad Ameryką Północną i Zachodnią Europą; oraz scenariusz dodający globalne ograniczenia emisji amoniaku i NOx.

Naukowcy użyli modelu tras morskich, aby obliczyć, jak zmieniają się emisje zanieczyszczeń w każdym scenariuszu, a następnie wprowadzili wyniki do modelu jakości powietrza. Model jakości powietrza oblicza wpływ emisji ze statków na zanieczyszczenie cząstkami i ozonem. Na końcu ocenili skutki dla globalnego zdrowia publicznego.

Jednym z największych wyzwań był brak rzeczywistych danych, ponieważ żadne statki na amoniak jeszcze nie pływają po morzach. Zamiast tego naukowcy polegali na eksperymentalnych danych dotyczących spalania amoniaku od współpracowników, aby zbudować swój model.

“Musieliśmy wymyślić kilka sprytnych sposobów, aby te dane były użyteczne i informacyjne dla technologicznych i regulacyjnych sytuacji,” mówi Wong.

Zakres wyników
Na końcu odkryli, że bez nowych przepisów i z silnikami statków spalającymi czysty amoniak, przejście całej floty mogłoby spowodować 681 000 dodatkowych przedwczesnych zgonów rocznie.

“Chociaż scenariusz bez nowych przepisów nie jest zbyt realistyczny, służy jako dobre ostrzeżenie, jak niebezpieczne mogą być emisje amoniaku. A w przeciwieństwie do NOx, emisje amoniaku z żeglugi nie są obecnie regulowane,” mówi Wong.

Jednak nawet bez nowych przepisów, użycie czystszej technologii silników zmniejszyłoby liczbę przedwczesnych zgonów do około 80 000, co stanowi około 20 000 mniej niż obecnie przypisywane emisjom z transportu morskiego. Przy silniejszych globalnych przepisach i czystszej technologii silników, liczba osób umierających z powodu zanieczyszczenia powietrza z transportu morskiego mogłaby zostać zmniejszona o około 66 000.

“Wyniki tego badania podkreślają znaczenie opracowywania polityk wraz z nowymi technologiami,” mówi Selin. “Istnieje potencjał, aby amoniak w żegludze był korzystny zarówno dla klimatu, jak i jakości powietrza, ale wymaga to, aby przepisy były zaprojektowane tak, aby obejmowały pełen zakres potencjalnych skutków, w tym zarówno klimat, jak i jakość powietrza.”

Wpływ amoniaku na jakość powietrza nie byłby odczuwalny jednakowo na całym świecie, a pełne rozwiązanie tych problemów wymagałoby skoordynowanych strategii w bardzo różnych kontekstach. Większość przedwczesnych zgonów wystąpiłaby we wschodniej Azji, ponieważ przepisy dotyczące jakości powietrza w tym regionie są mniej rygorystyczne. Wyższe poziomy istniejącego zanieczyszczenia powietrza powodują powstawanie większej ilości drobnych cząstek z emisji amoniaku. Dodatkowo, wolumen ruchu morskiego nad wschodnią Azją jest znacznie większy niż gdzie indziej na Ziemi, co zwiększa negatywne skutki.

W przyszłości naukowcy chcą kontynuować udoskonalanie swojej analizy. Mają nadzieję wykorzystać te wyniki jako punkt wyjścia do zachęcania przemysłu morskiego do dzielenia się danymi silników, które mogą być użyte do lepszej oceny wpływu na jakość powietrza i klimat. Mają również nadzieję poinformować decydentów o znaczeniu i pilności aktualizacji przepisów dotyczących emisji z żeglugi.

Badania te były finansowane przez MIT Climate and Sustainability Consortium.

Źródło: Massachusetts Institute of Technology