Тяжелое топливо (ТТМ) — это категория топливных масел , имеющих консистенцию, похожую на смолу . Также известное как бункерное топливо или остаточное топливо , ТТМ является результатом или остатком процесса перегонки и крекинга нефти . По этой причине ТТМ загрязнено несколькими различными соединениями, включая ароматические соединения , серу и азот , что делает выбросы при сгорании более загрязняющими по сравнению с другими видами топлива. [1] ТТМ в основном используется в качестве источника топлива для морских судов, использующих дизельные двигатели, из-за его относительно низкой стоимости по сравнению с более чистыми источниками топлива, такими как дистилляты . [2] [3] Использование и перевозка ТТМ на борту судов представляет собой ряд экологических проблем, а именно риск разлива нефти и выбросы токсичных соединений и твердых частиц , включая черный углерод . Использование ТТМ запрещено в качестве источника топлива для судов, плавающих в Антарктике, в соответствии с Международным кодексом Международной морской организации (ИМО) для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярный кодекс). [4] По аналогичным причинам в настоящее время рассматривается вопрос о запрете использования тяжелого нефтяного топлива в арктических водах. [5]
HFO состоит из остатков или остатков источников нефти после того, как углеводороды более высокого качества извлекаются с помощью таких процессов, как термический и каталитический крекинг . Таким образом, HFO также обычно называют остаточным топливом. Химический состав HFO сильно варьируется из-за того, что HFO часто смешивается или смешивается с более чистыми видами топлива; потоки смешивания могут включать числа углерода от C20 до более чем C50 . HFO смешиваются для достижения определенных характеристик вязкости и текучести для данного использования. В результате широкого спектра состава HFO определяется технологическими, физическими и конечными характеристиками использования. Будучи конечным остатком процесса крекинга, HFO также содержит смеси следующих соединений в различной степени: «парафины, циклопарафины, ароматические соединения, олефины и асфальтены, а также молекулы, содержащие серу, кислород, азот и/или органометаллы». [1] Тяжелое нефтяное топливо характеризуется максимальной плотностью 1010 кг/м 3 при 15°C и максимальной вязкостью 700 мм 2 /с (сСт) при 50°C в соответствии с ISO 8217. [6]
Учитывая повышенное содержание серы в тяжелом мазуте (максимум 5% по массе), [6] реакция горения приводит к образованию диоксида серы SO2 .
С середины 20-го века [7] [8] HFO в основном используется в судоходной отрасли из-за его низкой стоимости по сравнению со всеми другими видами топлива, которое на 30% дешевле, а также исторически слабых нормативных требований к выбросам оксидов азота (NO x ) и диоксида серы (SO 2 ) со стороны ИМО. [2] [3] По этим двум причинам HFO является единственным наиболее широко используемым моторным топливом на борту судов. Данные, доступные до 2007 года по мировому потреблению HFO в международном морском секторе, сообщают об общем использовании мазута в размере 200 миллионов тонн, при этом потребление HFO составляет 174 миллиона тонн. Данные, доступные до 2011 года по продажам мазута в международном морском секторе, сообщают о 207,5 миллионах тонн общих продаж мазута, при этом HFO составляет 177,9 миллиона тонн. [9]
Морские суда могут использовать различные виды топлива для целей движения, которые делятся на две большие категории: остаточные масла или дистилляты. В отличие от HFO, дистилляты представляют собой нефтепродукты, полученные путем переработки сырой нефти, и включают дизельное топливо, керосин, нафту и газ. Остаточные масла часто в разной степени смешиваются с дистиллятами для достижения желаемых свойств для эксплуатационных и/или экологических показателей. В таблице 1 перечислены обычно используемые категории судового топлива и смесей; все смеси, включая судовое топливо с низким содержанием серы, по-прежнему считаются HFO. [3]
Использование и перевозка HFO в Арктике является обычной практикой морской промышленности. В 2015 году более 200 судов вошли в арктические воды, перевозя в общей сложности 1,1 миллиона тонн топлива, при этом 57% топлива, потребляемого во время арктических рейсов, было HFO. [10] В том же году сообщалось о тенденциях перевозки HFO в размере 830 000 тонн, что представляет собой значительный рост по сравнению с зарегистрированными 400 000 тонн в 2012 году. В отчете за 2017 год норвежского органа по одобрению типа Det Norske Veritas (DNV GL) было подсчитано, что общее использование топлива HFO по массе в Арктике составляет более 75%, причем основными потребителями являются более крупные суда. В свете возросшего трафика в этом районе и учитывая, что Арктика считается чувствительной экологической зоной с более высокой интенсивностью реагирования на изменение климата, экологические риски, создаваемые HFO, вызывают обеспокоенность у экологов и правительств в этом районе. [11] Две основные экологические проблемы, связанные с использованием HFO в Арктике, — это риск разлива или случайного выброса, а также выброс черного углерода в результате потребления HFO. [10] [3]
Из-за своей очень высокой вязкости и повышенной плотности, HFO, выбрасываемый в окружающую среду, представляет большую угрозу для флоры и фауны по сравнению с дистиллятом или другими остаточными видами топлива. В 2009 году Арктический совет определил разлив нефти в Арктике как наибольшую угрозу для местной морской среды. Будучи остатком процессов дистилляции и крекинга, HFO характеризуется повышенной общей токсичностью по сравнению со всеми другими видами топлива. Его вязкость препятствует разложению в окружающей среде, свойство, усугубляемое низкими температурами в Арктике, что приводит к образованию смолистых комков и увеличению объема за счет эмульгирования. Его плотность, тенденция к сохранению и эмульгированию могут привести к загрязнению HFO как водной толщи, так и морского дна. [10]
Начиная с 2000 года произошли следующие разливы мазута. Информация организована по году, названию судна, объему разлитого топлива и месту разлива:
Сжигание HFO в судовых двигателях приводит к наибольшему количеству выбросов черного углерода по сравнению со всеми другими видами топлива. Выбор морского топлива является наиболее важным фактором, определяющим коэффициенты выбросов черного углерода судовыми двигателями. Вторым по важности фактором выбросов черного углерода является размер загрузки судна, при этом коэффициенты выбросов черного углерода увеличиваются до шести раз при низкой нагрузке двигателя. [13] Черный углерод является продуктом неполного сгорания и компонентом сажи и мелких твердых частиц (<2,5 мкг). Он имеет короткое время жизни в атмосфере от нескольких дней до недели и обычно удаляется при выпадении осадков. [14] Хотя ведутся споры относительно радиационного воздействия черного углерода, комбинации наземных и спутниковых наблюдений показывают, что глобальное поглощение солнечной энергии составляет 0,9 Вт·м −2 , что делает его вторым по значимости фактором воздействия на климат после CO2 . [15] [16] Черный углерод влияет на климатическую систему следующим образом: уменьшает альбедо снега/льда за счет темных отложений сажи и увеличивает время таяния снега, [17] уменьшает планетарное альбедо за счет поглощения солнечной радиации, отраженной облачными системами, поверхностью земли и атмосферой, [16] а также напрямую уменьшает альбедо облаков из-за загрязнения черным углеродом воды и льда, находящихся в них. [16] [14] Наибольшее увеличение температуры поверхности Арктики на единицу выбросов черного углерода происходит из-за уменьшения альбедо снега/льда, что делает выбросы черного углерода в Арктике более пагубными, чем выбросы в других местах. [18]
Международная морская организация (ИМО), специализированное подразделение Организации Объединенных Наций , приняла в действие 1 января 2017 года Международный кодекс для судов, эксплуатирующихся в полярных водах, или Полярный кодекс. Требования Полярного кодекса являются обязательными как в соответствии с Международной конвенцией по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), так и в соответствии с Международной конвенцией по охране человеческой жизни на море (СОЛАС) . Две широкие категории, охватываемые Полярным кодексом, включают безопасность и предотвращение загрязнения, связанные с навигацией как в арктических, так и в антарктических полярных водах. [4]
Перевозка и использование HFO в Арктике не поощряется Полярным кодексом, в то время как полностью запрещена в Антарктике в соответствии с правилом 43 Приложения I к МАРПОЛ. [19] Запрет на использование и перевозку HFO в Антарктике предшествовал принятию Полярного кодекса. На своей 60-й сессии (26 марта 2010 г.) Комитет по защите морской среды (MEPC) принял Резолюцию 189(60), которая вступила в силу в 2011 г. и запрещает топливо со следующими характеристиками: [20]
- сырая нефть плотностью при 15°С более 900 кг/м 3 ;
- нефтепродукты, за исключением сырой нефти, имеющие плотность при 15°C более 900 кг/м 3 или кинематическую вязкость при 50°C более 180 мм 2 /с; или
- битум , деготь и их эмульсии.
Комитет по защите морской среды (MEPC) ИМО поручил Подкомитету по предотвращению и реагированию на загрязнение (PPR) ввести запрет на использование и перевозку тяжелого топлива в арктических водах на своих 72-й и 73-й сессиях. Эта задача также сопровождается требованием правильно определить HFO с учетом его текущего определения в соответствии с правилом 43 Приложения I к МАРПОЛ. [19] Принятие запрета ожидается в 2021 году, а его широкое внедрение — к 2023 году. [21]
Альянс «Чистая Арктика» был первой некоммерческой организацией-делегатом ИМО, которая выступила против использования HFO в арктических водах. Однако поэтапный отказ и запрет HFO в Арктике были официально предложены MEPC восемью странами в 2018 году: Финляндией, Германией, Исландией, Нидерландами, Новой Зеландией, Норвегией, Швецией и Соединенными Штатами. [10] [19] Хотя эти государства-члены продолжают поддерживать инициативу, несколько стран открыто заявили о своем сопротивлении запрету HFO в столь короткие сроки. Российская Федерация выразила обеспокоенность по поводу последствий для морской судоходной отрасли и торговли, учитывая относительно низкую стоимость HFO. Вместо этого Россия предложила разработать и внедрить меры по смягчению последствий использования и перевозки HFO в арктических водах. Канада и Маршалловы Острова представили схожие аргументы, подчеркнув потенциальное воздействие на арктические сообщества (а именно, отдаленные коренные народы) и экономику. [5]
Чтобы успокоить опасения и сопротивление, на своей 6-й сессии в феврале 2019 года рабочая группа подкомитета PPR разработала «проект методологии анализа воздействия» тяжелого нефтяного топлива, который будет окончательно доработан на 7-й сессии PPR в 2020 году. Целью методологии является оценка запрета с точки зрения его экономического и социального воздействия на коренные общины Арктики и другие местные общины, измерение ожидаемых выгод для местных экосистем и потенциальное рассмотрение других факторов, на которые запрет может оказать положительное или отрицательное влияние. [22]