اختصاصی بسپار/ نقش پوشش‌های هوشمند دریایی بر الزامات شاخص شدت کربن (CII)

گروه ترجمه و تولید مجتوا در بسپار/ ایران پلیمر در حالی که ما به تلاش برای کربن زدایی جهان ادامه می­دهیم، سازمان بین المللی دریانوردی (IMO)، استراتژی انتشار گازهاي گلخانه­اي (GHG) را با هدف کاهش انتشار کربن ناوگان جهانی به ميزان 40 درصد تا سال 2030 و کاهش70 درصدی انتشار دي­اكسيد كربن تا سال 2050 هدف قرار داده است. استراتژی گازهای گلخانه­ای در سال 2018 توسط IMO تصویب شده و نرخ کاهش با سال 2008 مقایسه شده است. اقدامات بهبود کوتاه مدت از جمله الزامات بهره­وری انرژی برای کشتی­های بزرگ از اول ژانویه 2023 لازم الاجرا خواهد بود. به عنوان مثال، شاخص راندمان انرژی موجود (EEXI) روشی برای تنظیم محدودیت‌های سرعت و قدرت کشتی‌هاست و برای همه کشتی‌های با تناژ ناخالص بالاتر از GT 400 که تحت MARPOL Annex VI قرار می‌گیرند، قابل استفاده است.

ناهمواری و زبري سطح بدنه کشتی بر عملکرد هیدرودینامیکی آن تأثیر می­گذارد كه ميزان زبري با افزايش عمر کشتی، اعمال نامناسب رنگ، آسیب پوشش، سایش و رسوب زیستی افزایش می­یابد. افزایش زبری بدنه منجر به افزایش مصرف سوخت کشتی شده كه اين امر منجر به انتشار گازهای گلخانه­ای (GHG) بيشتر می­شود. این پدیده در حال تبدیل شدن به یک مشکل بزرگ برای کشتی­هاست زیرا فشار روزافزونی از سوی سازمان­هاي جهاني برای اجرای اقدامات بهره­وری انرژی وجود دارد. نمونه دیگری از این مورد، كه توسط سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) مطرح شده است، شاخص شدت کربن(CII)  است كه یک پارامتر عملیاتی برای کشتی‌های با تناژ ناخالص بیشتر از GT 5000 است. هر دو اقدامات EEXI و CII مالکان کشتی­ها را به سرمایه‌گذاری بر روي سيستم‌های صرفه‌جویی انرژی از طریق مقاوم‌سازی یا کاهش انتشار کربن کشتی‌ها از طریق محدودسازي قدرت موتور سوق می‌دهند.  بر اساس تحقیقات قبلی در زمینه انرژی و کارایی کشتی­ها و نقش پوشش‌های بدنه، پارامتر CII تحت تأثیر انتخاب مالکان کشتی برای آماده‌سازی سطح، سیستم پوشش بدنه و …. قرار می‌گیرد.

انواع فناوری­های پوشش­های دریایی

پوشش‌های ضد خزه مرسوم، شامل بايوسايدهايي مانند نمك­هاي روي و مس هستند كه برای از بین بردن ارگانیسم‌های خزه و تميز نمودن سطح مورد استفاده قرار مي­گيرند. از سال 2008، IMO استفاده از پوشش‌های برپايه تركيبات قلع را به دلیل اثرات مضر آن‌ها بر روي ارگانيسم­هاي مفيد دريايي ممنوع کرده است. امروزه پوشش‌های پلیمری محتوي رهاكننده تركيبات نرم (SFR) به عنوان جایگزینی برای فناوری‌های قديمي مورد استفاده قرار مي­گيرند، به اين­صورت كه تركيبات دريايي می‌توانند به دلیل صاف و لغزنده بودن سطح، دارا بودن تركيبات آبدوست و آبگريز و انتشار تدريجي روغن­هاي F-organo بر روي سطوح SFR بچسبند. پوشش‌های جديد محتوي رهاكننده تركيبات سخت (HFR) یک جایگزین سازگار با محیط‌زیست به جاي رنگ‌های سمی ضد خزه مرسوم و رنگ‌های SFR هستند زیرا در اين سيستم­ها نیاز به استفاده از بايوسايدها، فلوئوروپلیمرها و انتشار روغن­هاي F-organo از بین می‌رود. مكانيزم سيستم­هاي ضد خزه HFR مشابه با پوشش­هاي SFR بوده و تفاوت آن در بهبود مقاومت مكانيكي، سهولت در فرايند تعميرات و عدم وجود مواد مضر براي محيط آبي است. مشابه با پوشرنگ­هاي SFR، در پوشش­هاي HFR نيز انتظار مي­رود كه ردپاي كربن در كشتي­ها كاهش يافته و همچنين ميزان نويز ايجاد شده در زير آب (URN) در سرعت ثابت، با كاهش بار ايجاد شده بر روي موتور و پروانه كشتي، كاهش يابد.

شركت نوآوري و فناوري گرافيت (GIT) اخيرا فناوري HFR را به ثبت رسانده است كه اين فناوري بر اساس تعامل بين خودآرايي (Self-assembly) آلياژ پليمري پس از پاشش و مكانيزم شبكه­اي شدن است. پليمرهاي محتوي تركيبات آبدوست و آبگريز به همراه  نانوپيگمنت­هاي گرافن پس از پخت توسط فعال­كننده­هاي حرارتي، يك پوشش نهايي سخت و محتوي تركيبات آّبدوست و آبگريز را حاصل نموده كه قادر به حداقل نمودن برهم كنش بين پوشش با گونه­هاي مختلف مواد زيستي مي­باشند.

صيقل دادن پروانه كشتي و تميز كردن بدنه آن

تميز نگه داشتن بدنه و پروانه كشتي از هرگونه خزه و رسوبات زيستي، روشي هوشمندانه براي حفظ بالاترين عملكرد كشتي و كاهش انتشار ميزان كربن است. تكنيك­هاي تميز كردن بدنه و پروانه كشتي­ها در زير آب با وجود اينكه مي­تواند منجر به بازيابي سطح شود اما  همچنان مي­تواند مشكلات ديگري را ايجاد نمايد:

• مطالعات پيشين نشان داده است كه تكنيك­هاي مختلف تميزكاري بدنه مي­تواند منجر به افزايش انتشار بايوسايدها (مانند تركيبات مس) از كشتي­هاي تفريحي گردد. همچنين پوشش­هاي بر پايه بايوسايدها پس از تميزكاري باعث افزايش زبري سطح مي­شوند كه اين امر به مرور زمان عملكرد كشتي­ها را كاهش مي­دهد.
• در مورد پوشش­های بدون بایوساید، مانند SFR های بر پايه تركيبات سیلیکوني، به دلیل استحکام مکانیکی کم پوشش ممکن است در صورت تمیز کردن آسیب ببیند.
• همچنين هم SFRهای بر پايه سیلیکون و همچنين پوشش‌های بر پايه بایوسایدها به دلیل كم شدن و نهايتا اتمام ميزان اين مواد در پوشش (بایوساید مس یا روغن‌های سیلیکوني) پس از تمیز کردن، عملکرد سطح کاهش می­يابد.

عملكرد پوشش­هاي ضدخزه

خواص و دوام سيستم­هاي ضدخزه مانند پوشش­هاي HFR ، به حفظ يك بدنه دست نخورده در سرتاسر چرخه عمر كشتي كمك مي­نمايد به اينصورت كه با نيروي برشي حاصل از حركت كشتي­ها و همچنين تميزكاري نرم، خزه­ها خود به خود از روي سطح جدا مي­شوند. تميزكاري مكانيكي كشتي­ها (تعمير مكانيكي دائمي و دوره­اي بخش غوطه ور در آب بدنه كشتي با وارد نمودن حداقل ضربه به پوشش) در بندر به عنوان روشي ارزشمند براي كنترل رشد خزه­ها پيشنهاد شده است.

شركتGIT با گروه پروفسور G. Swain (در مركز كنترل خوردگي) براي تعيين ميزان رسوب خزه استاتیکی محصول HFR، تاييد ميزان تميزكاري بخش غوطه­ور بدنه و همچنين تلاش‌ برای حفظ عملكرد پوشش‌هاي ضدخزه و مقايسه با SFR تجاري و استانداردهاي صنعتي پوشش­هاي مقاوم به يخ، همكاري نموده است

سه صفحه فولادی سند يلاست شده با ابعاد چهار در هشت فوت توسط سه رنگ مورد بررسي، پوشش داده شد و به مدت پنج هفته (ژوئیه 2021) در آب اقیانوس در بندرگاه کاناورال فلوریدا غوطه­ور شدند و پس از آن ميزان رهاسازی خزه­ها ارزیابی شد.

در هر يك از اين سه مورد، نمونه سمت چپ نماينده پنل پيش از تميز كردن سطح و نمونه سمت راست نماينده پنلي است كه سطح آن توسط برس نالوني رباتيك (ناحيه محصور شده با خط نارنجي) تميز شده است، و تصوير پايين نماينده پنلي است كه پس از تميزكاري بر روي آن پوشش اعمال شده است.

تصاوير فوق (شكل 1) مقايسه بين سه پوشش را پس از گذشت پنج هفته از اعمال نشان مي­دهد. رسوب نرم و آهكي محتوي موجودات زنده دريايي مانند كرم لوله­ها (tubeworms) بر روي تمام سطوح با حداقل 30 درصد پوشش سطحي وجود دارد.  Barnacle ها بر روي تمامي سطوح وجود دارند اما بر روي پوشش­هاي SFR و HFR اين موجودات به ميزان جزئي حضور دارند. تمامي پوشش­ها با استفاده از يك برس نايلوني تجاري و با 4 حركت رفت و برگشتي بر روي سطح، تميز مي­شوند. آزمايشات نشان داد كه تنها پوششي كه به طور كامل و بدون هيچگونه آسيبي تميز گرديد، از نوع پوشش HFR بود. لازم به ذكر است كه ميزان زيادي از رسوب­ها و خزه­هاي تشكيل شده بر روي اين پوشش­ها فقط با اعمال جريان آب و حتي بدون تماس با برس­ از روي سطح برداشته شدند (شكل 1:B) كه نشان­دهنده چسبندگي بسيار پايين رسوب بر روي سطح مي­باشد كه اين امر را مي­توان ناشي از عملكرد تميزشوندگي عالي اين پوشش­ها دانست. مقايسه بصري اين پوشش­ها نشان مي­دهد كه پس از تميز كردن سطح، آسيب قابل توجهي به پوشش­هاي HFR و همچنين پوشش­هاي مقاوم در برابر يخ وارد نشده است در حاليكه بر روي پوشش SFR به دليل مقاومت مكانيكي پايين،خط و خش و خراش­هايي مشاهده مي­شود كه اين امر مي­تواند ناشي از حضور رسوبات آهكي بر روي سطح و ايجاد خط و خش توسط آنها در حين فرايند تميزكاري مكانيكي باشد كه اين موضوع تاييد كننده برتري و مقاومت مكانيكي بالاتر سيستم پوششي  HFR مي­باشد.

کمی سازی اثر HFR بر راندمان سوخت، از طریق بررسي سرعت

زماني­كه پوشش­هاي HFR براي اولين بار بر روي بدنه كشتي اعمال مي­شود، داراي ضريب اصطكاك بسيار پاييني مي­باشد. يك پوشش صاف و كم اصطكاك مي­تواند منجر به صرفه­جويي قابل توجهي در مصرف سوخت گردد و وابسته به زماني كه مي­توانند تميزي سطح خود را حفظ نمايند، با كاهش اصطكاك باعث افزايش دوام سطح مي­گردند.

(ادامه دارد …)

متن کامل این گفت و گو را در شماره 246 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در نیمه اسفند ماه 1401 منتشر شده است، بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.