Gemi kaynaklı NOx emisyonlarının azaltılması

YTÜ Gemi İnşaatı ve Denizcilik Fakültesi Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Bölüm Başkanı Prof.Dr.Adnan PARLAK ve ekibi tarafından Gemilerden kaynaklanan NOx emisyonlarının azaltılmasına yönelik olarak  sundukları ?Miller Çevrimiyle Çalışan Bir Dizel motoruna Su Buharı Enjeksiyonu+EGR uygulamasının NOx Emisyonlarına ve Performansa Etkilerinin Teorik ve Deneysel Olarak İncelenmesi?  başlıklı  proje  TUBİTAK  tarafından kabul edildi. Kabul edilen proje yine yürütücülüğünü Prof.Dr.Adnan PARLAK? ın yaptığı ve TUBİTAK tarafından desteklenerek başarıyla tamamlanan ?Egzoz Enerjisinden Elde Edilen  Buharın  Bir Dizel Motoruna  Enjeksiyonunun  NOx Emisyonlarına  ve Performansa Etkilerinin Araştırılması?  başlıklı projeden elde edilen sonuçları daha ileriye taşımayı amaçlamaktadır. Son proje Prof.Dr.Adnan PARLAK ın yürütücü olarak TUBİTAK tarafından desteklenen  3. Projesi olmaktadır.

Bilindiği gibi Egzoz emisyonlarının insanlar ve çevre üzerinde pek çok zararlı etkileri görülmektedir. Bu nedenle günümüz kara ve deniz vasıtalarında kullanılan dizel motorlarından salınan emisyonları aşamalı olarak sınırlandırılmaktadır. Gemi kaynaklı kirleticilerin sınır değerlerini belirleyen MARPOL?ün (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships) Ek VI Belgesinde 1 Ocak 2000 tarihinden sonra inşa edilen makine devir sayısı n<130 d/d olan gemilerin emisyon limiti 17,0 g/kWh (Tier I) olarak belirlenmişken bu değer 2011 tarihinden itibaren 14,36 g/kWh?a (Tier II) çekilmiştir. 2016 yılından sonra yürürlüğe girecek olan Tier III düzenlemesinde ise sahile yakın belirli alanlarda(ECA-Emisyon Kontrol Alanları) çalışacak gemiler için NOx emisyonları sınır değerinin Tier I düzenlemesinde öngörülen NOx değerinin %80 oranında azaltılmasını öngörmektedir. Belirlenen alanların dışında ise Tier II düzenlemesi aynen devam edecektir. Tier III uygulamasıyla birlikte yukarıda belirtilen önlemlere ilave olarak global emisyonların aşağıya çekilebilmesi için 2000 öncesi inşa edilen gemilerde Tier I düzenlemeleri zorunlu hale gelecektir. Dolayısıyla, gemi kaynaklı NOx emisyonların ?Düzenlemeler?in öngördüğü seviyelere çekilebilmesi ve global ölçekte NOx emisyonlarının aşağıya çekilebilmesi  için yeni ve gemilere hızlı bir şekilde adapte edilebilecek kontrol yöntemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç vardır.  Şekil 1 de IMO nun motor devrine bağlı Tier I,Tier II ve Tier III kurallarına göre öngörmüş olduğu  NOx limitleri görülmektedir.

 

Şekil 1. IMO NOx limitleri (g/kWh )Şekil incelendiğinde 2016 yılında yürürlüğe girecek olan Tier III emisyonlarında öngörülen düşme Tier I ve Tier II kurallarına göre çok önemli bir düşmeyi öngörmektedir.

 

Kabuk edilen  proje mevcut gemiler de dahil olmak üzere 2016 yılından itibaren gemi işletmecilerinin karşı karşıya geleceği probleme çözüm sunmayı amaçlamaktadır. Tamamlanan ?Egzoz Enerjisinden Elde Edilen  Buharın  Bir Dizel Motoruna  Enjeksiyonunun  NOx Emisyonlarına  ve Performansa Etkilerinin Araştırılması? adlı proje ile pilot ölçekte hayat geçirilen proje  gemilerde hali hazırda bulunan baca kazanı üzerinden elde edilen buharın  elektronik kontrollü olarak gemi makinelerine  gönderilebilmesi kolaylıkla mümkün olabilecektir(Şekil 2).

 

Şekil 2 Elektronik Kontrollü Buhar Enjeksiyon Sistemi

 

Bu projede, NOx emisyonlarını standartların öngördüğü emisyon limitlerinin seviyesine indirmek için  standart dizel motorunu Miller Çevrimine göre çalışır hale getirdikten sonra, elektronik kontrollü olarak,  farklı oranlarda buhar enjeksiyonu  ve EGR  uygulaması yapılacaktır. İlk kez Parlak ve ark.? nın TUBİTAK 1001 projesi (108M261) kapsamında geliştirdikleri elektronik kontrollü buhar enjeksiyon sistemiyle, standart dizel motorunda tam yük şartlarında NOx emisyonunda %30 lara varan düşme  gözlemlenmiştir. Standart Motorun Miller Çevrimi esasına göre çalışır hale getirilerek buhar enjeksiyonu ve EGR uygulamasının birlikte yapılması durumunda NOx emisyonlarının çok daha aşağılara çekilmesi mümkün olabilecektir. Proje kapsamında Miller Çevrimiyle çalışan dizel motoruna su buharı ve EGR ilavesi teorik olarak modellenecek, bulunan sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılacaktır. Çalışma sonucunda performans ve emisyonlar açısından optimum çalışma şartları belirlenecektir.