این مطالعه خطرات سلامتی را در تغییر کشتی ها از دیزل به سوخت آمونیاک نشان می دهد

از آنجایی که کشتی‌های کانتینری به اندازه بلوک‌های شهری از اقیانوس‌ها عبور می‌کنند تا محموله را تحویل دهند، موتورهای دیزلی عظیم آنها مقادیر زیادی آلاینده‌های هوا را منتشر می‌کنند که تغییرات آب و هوایی را تحریک می‌کند و بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد. تخمین زده شده است که حمل و نقل دریایی تقریباً 3 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می دهد و تأثیرات منفی این صنعت بر کیفیت هوا باعث حدود 100000 مرگ زودرس در سال می شود.

کربن زدایی کشتیرانی برای کاهش این اثرات مضر، هدف سازمان بین المللی دریانوردی است، یک آژانس سازمان ملل متحد که حمل و نقل دریایی را تنظیم می کند. یک راه حل بالقوه تغییر ناوگان جهانی از سوخت‌های فسیلی به سوخت‌های پایدار است. به عنوان آمونیاک، که در تولید و استفاده از آن تقریباً بدون کربن است.

اما در یک مطالعه جدید، یک تیم بین‌رشته‌ای از محققان MIT و جاهای دیگر هشدار می‌دهند که سوزاندن آمونیاک برای سوخت دریایی می‌تواند کیفیت هوا را بیشتر بدتر کند و به اثرات مخرب سلامت عمومی منجر شود، مگر اینکه در کنار مقررات انتشار گازهای گلخانه‌ای تقویت شده اتخاذ شود.

>

احتراق آمونیاک اکسید نیتروژن تولید می‌کند (N_{2< /sub>O)، یک گاز گلخانه ای است که حدود 300 برابر قوی تر از دی اکسید کربن است. همچنین نیتروژن را به شکل اکسیدهای نیتروژن ساطع می کند (NO و NO2، که به عنوان NOx نامیده می شود)، و آمونیاک نسوخته ممکن است خارج شود که در نهایت ذرات ریز را تشکیل می دهد. در جو این ذرات ریز را می توان به عمق ریه ها استنشاق کرد و باعث مشکلات سلامتی مانند حملات قلبی، سکته مغزی و آسم می شود.}

مطالعه جدید نشان می‌دهد که، بر اساس قوانین فعلی، تغییر ناوگان جهانی به سوخت آمونیاک می‌تواند منجر به حدود 600000 مرگ های زودرس هر سال. با این حال، با قوانین قوی‌تر و فناوری موتور تمیزتر، این سوئیچ می‌تواند منجر به مرگ زودرس حدود 66000 مرگ زودرس کمتر از میزان کنونی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای در کشتیرانی شود و تأثیر بسیار کمتری بر گرمایش جهانی داشته باشد.

“همه راه‌حل‌های آب و هوایی یکسان ایجاد نمی‌شوند. تقریباً همیشه هزینه‌هایی برای پرداخت وجود دارد. ما باید رویکردی جامع‌تر داشته باشیم و همه هزینه‌ها و مزایای راه‌حل‌های مختلف آب‌وهوایی را در نظر بگیریم، نه صرفاً پتانسیل آن‌ها برای کربن‌زدایی.” آنتونی وانگ، فوق دکترای مرکز علوم تغییرات جهانی MIT و نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید.

از نویسندگان همکار او می‌توان به نوئل سلین، استاد MIT در مؤسسه داده‌ها، سیستم‌ها و جامعه و گروه علوم زمین، جو و سیاره (EAPS) اشاره کرد. سباستین ایستام، دانشمند پژوهشی اصلی سابق که اکنون مدرس ارشد در امپریال کالج لندن است. کریستین مونایم روزل، استاد دانشگاه اورلئان در فرانسه؛ ییچی ژانگ، محقق دانشگاه علم و صنعت هنگ کنگ؛ و فلوریان آلروگن، دانشمند محقق در بخش هوانوردی و فضانوردی MIT.

تحقیق این هفته در تحقیقات محیطی منتشر شد حروف.

آمونیاک سبز و پاک کننده

به طور سنتی، آمونیاک با حذف هیدروژن از گاز طبیعی و سپس ترکیب آن با نیتروژن در دمای بسیار بالا ساخته می‌شود. این فرآیند اغلب با ردپای کربن بزرگ همراه است. صنعت کشتیرانی دریایی روی توسعه “آمونیاک سبز” شرط بندی می کند که با استفاده از انرژی های تجدید پذیر برای تولید هیدروژن از طریق الکترولیز و تولید گرما تولید می شود.

وونگ می‌گوید: «در تئوری، اگر آمونیاک سبز را در موتور کشتی می‌سوزانید، انتشار کربن تقریباً صفر است.

اما حتی سبزترین آمونیاک نیز هنگام احتراق، اکسید نیتروژن (N₂O)، اکسیدهای نیتروژن (NO_x) تولید می‌کند و ممکن است مقداری از آمونیاک خارج شود و نسوخته شود. . این اکسید نیتروژن به جو فرار می کند، جایی که گاز گلخانه ای برای بیش از 100 سال باقی می ماند. در همان زمان، نیتروژن منتشر شده به صورت NO_x و آمونیاک به زمین می‌افتد و به اکوسیستم‌های شکننده آسیب می‌رساند. از آنجایی که این انتشارات توسط باکتری ها هضم می شوند، N₂O اضافی تولید می شود.

NO_x و آمونیاک نیز با گازهای موجود در هوا مخلوط می‌شوند تا ذرات ریز تشکیل دهند. یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا، ذرات ریز تخمینی را از بین می برد. 4 میلیون نفر در سال.

وونگ می‌گوید: «گفتن اینکه آمونیاک یک سوخت «پاک» است کمی بیش از حد کشش است. فقط به این دلیل که بدون کربن است لزوماً به این معنی نیست که تمیز است و برای سلامت عمومی مفید است.

یک مدل چند وجهی

محققان می‌خواستند تصویر کلی را ترسیم کنند و اثرات زیست‌محیطی و سلامت عمومی تغییر ناوگان جهانی به سوخت آمونیاک را به تصویر بکشند. برای انجام این کار، آنها سناریوهایی را برای اندازه گیری چگونگی تغییر اثرات آلاینده تحت فرضیات خاص فناوری و سیاست طراحی کردند.

از نقطه نظر فناوری، آنها دو موتور کشتی را در نظر گرفتند. اولی آمونیاک خالص را می سوزاند که سطوح بالاتری از آمونیاک نسوخته تولید می کند اما اکسیدهای نیتروژن کمتری منتشر می کند. فناوری موتور دوم شامل مخلوط کردن آمونیاک با هیدروژن برای بهبود احتراق و بهینه‌سازی عملکرد مبدل کاتالیزوری است که هم اکسیدهای نیتروژن و هم آلودگی آمونیاک نسوخته را کنترل می‌کند.

آنها همچنین سه سناریو سیاسی را در نظر گرفتند: مقررات فعلی که فقط انتشار NO_x را در برخی از نقاط جهان محدود می‌کند. سناریویی که محدودیت های انتشار آمونیاک را در آمریکای شمالی و اروپای غربی اضافه می کند. و سناریویی که محدودیت‌های جهانی برای انتشار آمونیاک و NO_x اضافه می‌کند.

محققان از یک مدل مسیر کشتی برای محاسبه چگونگی تغییر انتشار آلاینده‌ها در هر سناریو استفاده کردند و سپس نتایج را به مدل کیفیت هوا وارد کردند. مدل کیفیت هوا تأثیر انتشار کشتی ها بر ذرات معلق و آلودگی ازن را محاسبه می کند. در نهایت، آنها اثرات آن را بر سلامت عمومی جهانی تخمین زدند.

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها ناشی از فقدان داده‌های دنیای واقعی است، زیرا هنوز کشتی‌های آمونیاکی در دریاها حرکت نمی‌کنند. در عوض، محققان برای ساخت مدل خود به داده‌های آزمایشی احتراق آمونیاک از همکاران تکیه کردند.

او می‌گوید: «ما باید راه‌های هوشمندانه‌ای می‌اندیشیدیم تا آن داده‌ها را هم برای شرایط فناوری و هم برای شرایط نظارتی مفید و آموزنده کنیم.

محدوده ای از نتایج

در پایان، آنها دریافتند که بدون مقررات جدید و موتورهای کشتی که آمونیاک خالص را می سوزانند، تعویض کل ناوگان هر سال باعث 681000 مرگ زودرس اضافی می شود.

“در حالی که سناریوی بدون مقررات جدید خیلی واقعی نیست، اما به عنوان یک هشدار خوب در مورد میزان خطرناک بودن انتشار آمونیاک عمل می کند. و برخلاف NO_x، انتشار آمونیاک از حمل و نقل در حال حاضر کنترل نشده است، “وونگ می گوید.

با این حال، حتی بدون مقررات جدید، استفاده از فناوری موتورهای تمیزتر تعداد مرگ و میرهای زودرس را به حدود 80000 کاهش می دهد که حدود 20000 کمتر از آنچه در حال حاضر به انتشار گازهای گلخانه ای کشتیرانی نسبت داده می شود. با قوانین جهانی قوی‌تر و فناوری موتورهای پاک‌تر، تعداد افرادی که در اثر آلودگی هوا ناشی از کشتی‌رانی کشته می‌شوند، می‌تواند حدود 66000 نفر کاهش یابد.

سلین می گوید: «نتایج این مطالعه اهمیت توسعه سیاست ها در کنار فناوری های جدید را نشان می دهد. “این پتانسیل وجود دارد که آمونیاک در کشتیرانی هم برای آب و هوا و هم برای کیفیت هوا مفید باشد، اما این امر مستلزم آن است که مقررات برای رسیدگی به طیف وسیعی از اثرات بالقوه، از جمله آب و هوا و کیفیت هوا طراحی شود.”

تأثیرات کیفیت هوای آمونیاک به طور یکنواخت در سراسر جهان احساس نمی شود و پرداختن به آنها به طور کامل نیازمند استراتژی های هماهنگ در زمینه های بسیار متفاوت است. بیشترین مرگ و میرهای زودرس در شرق آسیا رخ می دهد، زیرا مقررات کیفیت هوا در این منطقه سختگیرانه تر است. سطوح بالاتر آلودگی هوا باعث تشکیل ذرات بیشتر از انتشار آمونیاک می شود. علاوه بر این، حجم حمل و نقل در شرق آسیا بسیار بیشتر از سایر نقاط روی زمین است که این اثرات منفی را تشدید می کند.

در آینده، محققان می‌خواهند تحلیل خود را اصلاح کنند. آنها امیدوارند از این یافته ها به عنوان نقطه شروعی برای ترغیب صنایع دریایی برای به اشتراک گذاشتن داده های موتور استفاده کنند که می توانند برای ارزیابی بهتر کیفیت هوا و اثرات آب و هوایی استفاده کنند. آنها همچنین امیدوارند که سیاست گذاران را در مورد اهمیت و فوریت به روز رسانی مقررات انتشار حمل و نقل آگاه کنند.

این داستان توسط MIT News بازنشر شده است (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد.