Nivel 4 de la EPA: Difícil y polémico, 12 años y contando

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Cuando se trata de cumplir con las regulaciones de emisiones Tier 4 de la EPA, no falta la creatividad que surge de las empresas de ingeniería marítima de los Estados Unidos. Empresas como Hug Engineering ofrecen sistemas de control basados en postratamiento personalizados y flexibles que se pueden ensamblar casi de forma modular. Otras empresas, como el Grupo ABB, ofrecen fuentes de energía híbridas de batería para complementar la energía de combustión y evitar las emisiones de diésel umbral. Los fabricantes de motores, como Cummins, están trabajando con los proveedores de postratamiento para garantizar la armonía operativa entre la planta de energía y los controles de contaminación. Scania AB está demostrando nuevos éxitos al abordar la energía desde el punto de vista de los sistemas, observando de cerca las demandas reales de energía de una embarcación y cómo y cuándo se debe entregar esa energía.

Como saben los propietarios de embarcaciones, esto no es algo fácil, de ninguna manera. Los sistemas de nivel 4 son complejos y costosos de comprar y operar. Son grandes y con frecuencia requieren análisis específicos personalizados para su colocación dentro de un recipiente; un desafío y una dificultad a la que la EPA se refiere como “empaquetado”, literalmente trabajando para encajar el hardware y los componentes relacionados dentro de un casco. Las exigencias de Tier 4 son rigurosas: se supone que las emisiones de 25 motores Tier 4 equivalen a un solo motor Tier 1. La embarcación, su motor y el postratamiento deben funcionar como un solo sistema para lograr un rendimiento, una confiabilidad, un costo y una reducción de emisiones óptimos.

A partir de discusiones con expertos en el campo de Tier 4, se están cumpliendo algunos de los desafíos técnicos de instalación de Tier 4. El progreso es lento pero, al menos, se están diseñando nuevas embarcaciones para incorporar motores Tier 4 y los sistemas de postratamiento que, por supuesto, requieren tanto espacio como los motores a los que debe conectarse cada unidad.

(Imagen: ingeniería de abrazos)

Sin embargo, es importante destacar que estos avances deben extenderse a través de un paisaje muy fracturado. El progreso con un buque o aplicación no significa éxito en otros lugares. Cada clase diferente de embarcación requiere un enfoque y análisis diferente para la implementación del Nivel 4, las langosteras no son lo mismo que los transbordadores, que no son lo mismo que las lanchas piloto. No es una exageración escribir que cada embarcación, no solo cada clase de embarcación, exige su propio análisis.

El nivel 4, por supuesto, no se aplica solo a las embarcaciones nuevas. El propietario de una embarcación que busca renovar la potencia de una embarcación más antigua se enfrenta a la misma larga lista de preguntas y compensaciones. Él o ella puede decidir que es más fácil solo para evitar todo el conjunto de problemas y en lugar de comprar un motor Tier 4 a 800 HP (el umbral de 800 HP Tier 4, también 600 kW) puede comprar dos motores más pequeños en su lugar. Y cada vez más, las aplicaciones híbridas, que utilizan generación de energía eléctrica y diésel, están atrayendo la atención de los operadores. Los sistemas híbridos se duplican, cuando es necesario, para ofrecer la máxima potencia bajo carga, y la carga máxima suele ser solo una fracción del tiempo de funcionamiento de una embarcación.

Para complicar más las cosas, el mercado y el entorno empresarial de nivel 4 siguen siendo inestables. Las decisiones del Nivel 4 se encuentran dentro de un entorno regulatorio inestable, a pesar de que los reglamentos de la EPA se finalizaron en 2008 y se suponía que la fase 4 habría concluido en 2017. Esta incertidumbre afecta las decisiones en todos los ámbitos: en los astilleros, entre los fabricantes de motores y los propietarios de embarcaciones.

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En septiembre pasado, la EPA propuso retrasar la implementación del Nivel 4 para ciertos tipos de embarcaciones, embarcaciones de alta potencia como los barcos de pesca de langosta. En respuesta, llegaron comentarios de toda la industria implorando a la EPA que amplíe el alcance de ese retraso, para incluir una gama más amplia de embarcaciones, desde embarcaciones de trabajo hasta embarcaciones de turismo. El período de comentarios públicos de la EPA finalizó en octubre. Sin embargo, detrás de escena, la EPA ha mantenido una discusión activa y directa con los representantes de la industria, y les ha pedido su perspectiva sobre los cargos y contracargos dentro del debate del Nivel 4. Los muchos problemas con el cumplimiento del Nivel 4 siguen siendo muy polémicos.

La EPA contaba con cambios en el diseño de las embarcaciones y avances tecnológicos para estar listos para el mercado en 2017. La EPA permitió ese tiempo de desarrollo para resolver los problemas de "empaque" (término de la EPA) que obstaculizaron una incorporación más rápida en 2008; La EPA sabía que aún faltaban algunos años para la aplicación e instalación del postratamiento Tier 4. Sin embargo, diez años más tarde, los problemas del “envase” persistieron. "La suposición (de la EPA) de hace una década de cómo respondería el mercado ha demostrado ser incorrecta", es la forma en que Robert J. Lawler, Jr., presidente de la Asociación de Embarcaciones de Pasajeros, resumió el estado de cosas del Nivel 4 en comentarios a la EPA. .

La EPA tiene como objetivo el verano de 2020 para emitir una acción final sobre su propuesta de demora.

Dana Brewster (Foto: Ingeniería Hug)

El enfoque de Hug Engineering para el cumplimiento de Tier 4 ilustra cómo los ingenieros buscan la máxima flexibilidad con respecto a los materiales y el espacio. Este tipo de avance es importante para los armadores que buscan repotenciar. Es posible que no haya podido instalar un sistema Tier 4 en su embarcación hace cinco años. Hoy, ese mismo espacio podría funcionar para instalar un sistema de postratamiento en su motor actual.

HUG Engineering ofrece una reducción catalítica selectiva (SCR) de postratamiento modernizada para reducir las emisiones de NOx a los estándares Tier 4. Se puede agregar un filtro de partículas diésel (DPF) al sistema SCR para reducir también las partículas (PM). Los sistemas Nauticlean y Clean4Marine de HUG son adaptables con varios motores; de hecho, HUG tiene certificaciones para IMO III hoy y motores adicionales actualmente en proceso de certificación. HUG se asocia con algunos de los OEM de motores diésel marinos a escala mundial. Otro camino de nivel 4 para explorar es una opción de "Mejor tecnología disponible" (BAT). Cuando un motor Tier 4 no está disponible para aplicaciones de repotenciación, las agencias de calidad del aire en algunos casos pueden considerar el BAT.

Dana Brewster es Gerente Regional de Ventas de Hug, Aplicaciones Móviles (Marítimo/Ferrocarril). Dijo que los ingenieros de HUG adoptan lo que él llama un "enfoque Lego" para la instalación del postratamiento, es decir, encajarlo en casi cualquier espacio disponible. Brewster dijo que los esquemas de control de Nivel 4 pueden, cada vez más, instalarse en varias configuraciones. Si hay más espacio vertical disponible, el hardware se apila. En un espacio estrecho pero más largo, el sistema se extenderá. Pero si necesita un motor de más de 800 HP, las probabilidades son mejores ahora que el Nivel 4 puede funcionar. Una vez más, sin embargo, no hay respuestas generales con el Nivel 4.

Boyer Towing reactivó recientemente su remolcador Gretchen H construido en 1997 con tres nuevos motores Cummins QSK19 Tier 3 clasificados para 750 HP cada uno a 1800 RPM. (Foto: Cummins)

Eddie Brown, líder del segmento, marina comercial en Cummins Engines, dijo que su equipo está "trabajando en estrecha colaboración con los arquitectos navales y los clientes en soluciones de energía que cumplan con los niveles de emisión de Nivel 4 y permitan que las embarcaciones completen sus misiones". Brown dijo que “en general, el impacto de los sistemas de emisiones más limpias en los buques varía”. Algunos recipientes pueden acomodar nuevos sistemas de postratamiento sin un rediseño significativo del recipiente. Sin embargo, en aplicaciones de mayor velocidad y/o sensibles al peso, Brown dijo que “puede ser necesario rediseñar o reconfigurar los barcos y sus salas de máquinas”. Cummins trabaja en estrecha colaboración con los clientes en este tipo de proyectos.

Brown dijo que las soluciones de energía alternativa están en el horizonte, desde híbridos diesel-eléctricos hasta celdas de combustible de hidrógeno. “Los clientes quieren optimizar sus embarcaciones con los mejores paquetes de potencia para cumplir con las normas reglamentarias y seguir brindando el rendimiento más eficiente del motor”.

La hibridación es un gran enfoque para ABB y sus productos de generadores marinos. Los generadores marinos estándar de baja tensión (LV) de ABB están diseñados para embarcaciones totalmente eléctricas y para grupos electrógenos marinos diésel en la generación de energía principal, auxiliar o de emergencia. Cubren el rango de potencia de 14 a 2600 kVA en tamaños de bastidor de 180 a 450 con voltajes típicos de 380 a 480 V. Este equipo está bien probado en aplicaciones marinas y actualmente funciona en más de 1300 barcos.

Dave Lee, gerente senior de cuentas de ABB, New Build, describe una evaluación híbrida como parte de un “patrón de pensamiento diferente” con respecto a la potencia de las embarcaciones. Señala que en un barco de trabajo, por ejemplo, rara vez se utiliza la potencia total del motor. ABB instala generadores más pequeños para complementar el motor diésel. “Ofrecemos un rango de potencia óptimo y tecnología de baterías y celdas de combustible”, dijo Lee. Este enfoque puede evitar la necesidad de un segundo motor diesel. Utiliza la potencia de manera más efectiva, dependiendo de la tarea en cuestión.

David Lee (Foto: ABB)

La noción de potencia estratégica es importante para Scania, que no ofrece motores de más de 800 HP en los EE. UU. Ese mercado de alta potencia es demasiado limitado. A medida que los diseñadores evalúan las futuras demandas de energía, Alberto Alcalá, gerente de ventas marinas de Scania en EE. UU., predice un progreso adicional en las propias embarcaciones: diseñadas para la velocidad y la eficiencia energética.

Él también espera una mayor hibridación y escribe que "la hibridación puede llenar el vacío entre el nivel 3 y la necesidad de un motor más grande con las complejidades del nivel 4". En 2012, Scania equipó el Hornblower Hybrid en San Francisco con una mezcla Tier 2/eléctrica. Ese barco se actualizó recientemente a nivel 3 / mezcla eléctrica para cumplir con los objetivos más estrictos de calidad del aire de California.

Alberto Alcalá (Foto: Scania)

Alcalá situó la hibridación en lo más alto de la lista de futuras tecnologías disruptivas. Scania trabaja con ABB (y otros) en proyectos que demuestran cómo una combinación de generación eléctrica y diésel puede reemplazar conjuntos de motores más grandes.

Los ingenieros de Scania han demostrado que tres motores más pequeños pueden reemplazar 3 o 4 motores en un remolcador tradicional de 2000 HP, en niveles de nivel 3. Los nuevos grupos electrógenos pueden proporcionar hasta 2400 HP en lo que alguna vez fue una embarcación de 2000 HP. Los buques utilizan la energía según sea necesario: en ralentí o apagándose en situaciones de poca carga, utilizando mucho menos combustible y luego extrayendo la máxima energía solo cuando es necesario, nuevamente, generalmente una porción relativamente pequeña de las horas de funcionamiento de un buque.

Estén atentos a la decisión de la EPA este verano.