تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال تبادل حراري فعّال

يواجه مشغلو السفن العاملون في قطاع النقل البحري ضغوطًا متزايدةً لتحسين الكفاءة. وتُشكِّل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الشحن البحري نحو ٣٪ من إجمالي الانبعاثات العالمية، وتطمح المنظمة البحرية الدولية (IMO) إلى خفضها بشكل كبير بحلول عام ٢٠٥٠، مع هدف تحقيق صفر انبعاثات. وبصفتنا روادًا في هذا القطاع، ولدينا خبرة تزيد على عشرين عامًا وننفِّذ أكثر من ٥٠٠ مشروع سنويًّا لخدمة أكثر من ١٠٠٠ سفينة، فإننا ندرك أن أحد أفضل السبل للتخفيض من الانبعاثات الكربونية هو تحسين أنظمة تبادل الحرارة onboard السفن. ويقود الفريقَ أكثر من ١٠٠ فني كهربائي وميكانيكي، ويشترك بانتظام في حلول استعادة الحرارة المهدرة، بدءًا من مبادلات الحرارة ذات الغلاف والأنابيب ومبادلات الصفيحة، ووصولًا إلى وحدات الدورة الهجينة المُعتمدة على ثاني أكسيد الكربون الفائق (S-CO₂)، بهدف المساعدة في توفير الوقود. وفيما يلي أربع طرق رئيسية يسهم بها تبادل الحرارة الفعّال مباشرةً في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

استعادة الحرارة المهدرة: تحويل الهدر إلى طاقة

يمكن للمحركات الديزل البحرية الحديثة تحقيق كفاءة حرارية تبلغ حوالي ٥٠٪، بينما يُفقد الجزء المتبقي من طاقة الوقود على شكل حرارة، وغالبًا عبر غازات العادم (عادةً فوق ٢٥٠ °م) وماء التبريد المحيط بالمحرك. ويتم استخلاص هذه الطاقة الحرارية الضائعة باستخدام مبادلات حرارية فعّالة لاستخدامها على هيئة طاقة مفيدة أو حرارة على متن السفينة. وفي التطبيقات البحرية، يمكن لأنظمة استرجاع الحرارة المهدرة (WHR)، مثل دورة جول، أن تحسّن إجمالي قدرة المحرك بنسبة تتراوح بين ٢٪ و١٢٪. وهذه النتيجة المباشرة تعود إلى خفض استهلاك الوقود لكل ميل بحري، وبالتالي خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل رحلة. وتتفاوت كمية الطاقة التي يمكن استرجاعها من غازات العادم باختلاف حمل المحرك ونسبة السعة الحرارية، وذلك تبعًا لكمية غازات العادم المراد استرجاعها والسائل العامل المستخدم. ويتم تحسين هذه العملية داخل حلقة استرجاع حراري صمّمتها فريق الهندسة في شركة SME، والتي يمكن تشغيلها باستخدام سعات حرارية مختلفة لغازات العادم والسائل العامل.

دعم أنظمة التقاط الكربون على متن السفينة

يُعَدُّ تبادل الحرارة بكفاءة أمراً في غاية الأهمية لبعض الأنظمة ضمن مشروع نظام احتجاز وتخزين الكربون البحري (OCCS) المُقرَّر تركيبُها على متن سفينة. فعلى سبيل المثال، يجري احتجاز ثاني أكسيد الكربون كجزء من نظام احتجاز، ويجب فصل ثاني أكسيد الكربون المحتجز عن المذيب المحتجز عبر تطبيق كمية كافية من الطاقة الحرارية، في حال استخدام نظام الاحتجاز لأمين الإيثانول المونو (MEA) كمذيب. وتتيح المبادلات الحرارية التي تُشغَّل بواسطة تقنية إدارة الطاقة الذكية (SME) الاستفادة من الحرارة الحسية لعوادم المحرك كمصدر طاقة رئيسي لهذه العملية التجديدية للطاقة، ما يؤدي بالتالي إلى التخلي عن الحاجة أو خفضها إلى تسخين مساعدٍ إضافيٍّ يعمل بالوقود. وعند تحسين الأداء، يمكن أن تتجاوز معدلات خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لأنظمة استعادة الحرارة المتصلة بأنظمة الاحتجاز ٧٠٪. أما بالنسبة للسفن التي تُستخدم في المناخات الباردة، فإن الميزة الإضافية للمبادلات الحرارية المتطورة أو غير التقليدية تكمن أيضاً في استرجاع الحرارة لتوفير التدفئة لمرافق السفينة ولتسخين الوقود مسبقاً، مما يقلل من الحاجة إلى الغلايات المساعدة، وهي مصدرٌ آخر كبيرٌ للانبعاثات الإضافية.

دورات طاقة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة لتحقيق الكفاءة المدمجة

بسبب المساحة المحدودة على متن السفينة، يلزم أن تكون أجهزة توليد الطاقة ذات كثافة عالية وصغيرة الحجم. وتُسهم شركة SME أيضًا في نشر دورات برايتون باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة، التي تحوّل حرارة العادم الضائعة إلى ثاني أكسيد الكربون في حالته فوق الحرجة عبر مبادلات حرارية. وبالمقارنة مع الدورات التقليدية من نوع رانكين، فإن دورة S-CO₂ تتميز بمساحة أصغر وكفاءة أعلى في تحويل الطاقة. وتؤدي تصاميم المبادلات الحرارية، التي تراعي تأثير درجة حرارة المدخل وكتلة التدفق وضغط المدخل للعادم، دورًا محوريًّا في أداء هذه الأنظمة. وقد أُدرجت هذه المتغيرات في المواصفات الفنية لشركة SME، لذا فإن المبادلات الحرارية الهجينة، التي تجمع بين الصفائح المحفورة والزعانف، تحقِّق أفضل النتائج الحرارية الممكنة مع تقليل الخسائر الناجمة عن انخفاض الضغط بأقل قدرٍ ممكن.

استرجاع البرودة من تبخُّر الغاز الطبيعي المسال

توجد فرصةٌ خاصةٌ للسفن التي تستخدم الغاز الطبيعي المسال كوقود، في استرجاع الطاقة الباردة الناتجة عن تبخر الغاز الطبيعي المسال. وبما أن الغاز الطبيعي المسال قادرٌ على امتصاص كميةٍ كبيرةٍ جدًّا من الطاقة الحرارية أثناء ارتفاع درجة حرارته حتى يتحول إلى غاز، فإنه يمكن الاستفادة من هذه المورد «البارد» في مبادلات الحرارة لتكثيف ثاني أكسيد الكربون المُلتقط لتخزينه على شكل سائل، أو لتحسين كفاءة أنظمة تكييف الهواء والتبريد aboard السفينة. وتجمع حلول مبادلات الحرارة المقدمة من شركة SME بين أنظمة استرجاع البرودة (CRS) التي تساعد في خفض الحمل الكهربائي الواقع على الضواغط، مما يقلل من استهلاك الطاقة onboard والوقود المرتبط به. وتقدِّم شركات SME نفس المستوى من الكفاءة على السفن الحالية، وذلك بفضل عملياتها المعتمدة وفق معايير ISO ومصنعها في نانتونغ الذي تبلغ مساحته ٥٠٠٠ متر مربع. ويمكن تطبيق نفس التقنيات على السفن القائمة، لا سيما تلك التي تتميَّز بنسبة مواتية بين حجم السفينة واستهلاكها للغاز الطبيعي المسال.

الخلاصة: التزام شركة SME بالتحوُّل نحو اقتصاد منخفض الكربون

تبادل حراري فعّال: منطقة حيوية يُمكن أن تحقِّق إجراءات اليوم فيها تأثيرًا كبيرًا في خفض الانبعاثات من الأسطول البحري العالمي بالكامل. وتقدِّم مجموعة SME حلولًا هندسيةً لنقل الحرارة تهدف إلى خفض استهلاك الوقود والآثار البيئية، ومن بينها استعادة الحرارة المهدرة، ودعم احتجاز الكربون، ودورات ثاني أكسيد الكربون الفائقة (S-CO₂)، واستعادة البرودة من الغاز الطبيعي المسال (LNG). وتم اعتماد الشركة من قِبل ANAB وIAF وUKAS، وهي معتمدة وفق معايير ISO 9001 وISO 14001، ولديها أكثر من ١٠٠ متخصِّصٍ على مدار العام، وتقدِّم خدماتها على مدار السنة في جميع أحواض بناء السفن حول العالم، وبخاصة في البر الصيني الرئيسي. كما نقدِّم ضمانًا مدته ١٢ شهرًا، إلى جانب إرثٍ من «الاهتمام الذي يتجاوز التوقُّعات» لضمان مساهمة جميع المشاريع في مستقبل بحري أكثر اخضرارًا واستدامةً. تحدَّث مع الخبراء في شركة SME اليوم لتعرف كيف يمكن لتبادل الحرارة الفعّال من حيث استهلاك الطاقة أن يساعدك في خفض البصمة الكربونية لسفينتك وتقليل النفقات التشغيلية.