فوائد استخدام الوقود الأحيائي في محركات الديزل البحرية

فوائد استخدام الوقود الأحيائي في محركات الديزل البحرية

ويرتكز النقل البحري على التجارة العالمية، وينتقل أكثر من 80 في المائة من السلع العالمية حسب الحجم، ومع ذلك، فإن هذا القطاع يمثل أيضا نحو ثلاثة في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية، إلى جانب كميات كبيرة من أكاسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين والمواد الخضرة القابلة للتداول، وذلك استجابة لتشديد الأنظمة الصادرة عن المنظمة البحرية الدولية، وتزايد الضغوط التي تفرضها على مستأجري المواد ومستهلكيها.

المنافع البيئية

تخفيض انبعاثات غازات الدفيئة في دورة الحياة

أما أفضلية البلدان النامية التي تم الاستشهاد بها في مجال الوقود الأحيائي فهي إمكاناتها لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) وخلافاً للوقود الأحفوري، التي تطلق الكربون الذي تم عزله لملايين السنين، فإن الوقود الأحيائي ينتج من الكتلة الأحيائية التي تستوعب ثاني أكسيد الكربون أثناء النمو، وعندما يتم حرق الوقود، يتم التخلص من الكربون، مما يخلق حلقة كربونية مغلقة.

تخفيض جذري في مادة السلفور أوكسيدس ومسدسات الجسيمات

ويمكن أن تحتوي شركات النقل البحري التقليدية على نسبة تصل إلى 3.5 في المائة من الكبريت، بل إن زيت الغاز البحري المنخفض الكبريت يحد أقصى قدره 0.1 في المائة في مناطق مراقبة الانبعاثات، وعلى النقيض من ذلك، فإن الوقود الأحيائي خال من الكبريت تقريباً، ويحتوي على أقل من 10 أجزاء من الكبريت، مما يعني أنه لا يتطلب أكاسيداً أو كميات من الوقود المسيلي تكون أكثر صرامة.

انخفاض مستوى التركيزات وثاني أكسيد الكربون

ومن الشواغل المشتركة التي ينطوي عليها الديزل الأحيائي أن محتوى الأكسجين الأعلى يمكن أن يزيد من تكوين أكسيد النيتروجين في ظل بعض ظروف المحرك، غير أن تدوين المحركات وتوقيت الحقن واستخدام مستويات المزلاج دون 20 في المائة يمكن أن يخفف من هذا الأثر، كما أن العديد من المحركات البحرية الحديثة المجهزة بنظم حقن العجلات المشتركة يمكن أن ترتقي إلى الخلايا B20 إلى B30 دون زيادة ملحوظة في المائة.

التحلل البيولوجي والتخفيف من حدة الأوبئة

فالوقود الأحيائي أكثر قابلية للتحلل الأحيائي من الديزل القائم على النفط، وفي حالة حدوث تسرب، فإن الديزل الأحيائي في هذه المنطقة يتدهور بسرعة 4 مرات تقريباً عن الديزل التقليدي، وهو أقل سمية بكثير بالنسبة للكائنات البحرية، وهذه الممتلكات قيمة بوجه خاص بالنسبة للسفن العاملة بالقرب من النظم الإيكولوجية الحساسة، مثل الأسمدة في المياه الساحلية وأسطول الصيد وسفن البحث البحري، وفي حين أن درجة التحلل الأحيائي أقل من درجة الامتثال للنظم الإيكولوجية البحرية.

الاستحقاقات الاقتصادية والتشغيلية

التسرب من مصادر القدرة على المنافسة والمعادن الحيوانية

ومن أكثر الأسباب إلحاحاً لاعتماد الوقود الأحيائي قدرتها على العمل كاستبدال مركب للديزل البحري الحالي دون إدخال تعديلات كبيرة، إذ أن كل من هذه النظم والهيدروكربونات المحتوية على محركات متطورة، هي عوامل لا يمكن استخدامها إلا في مزيج من الزيت البحري التقليدي أو MGO إلى حد معين، كما أن العديد من مصانع المحركات - بما في ذلك Wärtsilä, MAN Energy Solutions, and Caterpillar - Bhave issued statements

تحسين اللبائية والحد من الملابس الهندسية

وقد أدى الديزل الأحيائي في جوهره إلى تزييف أكثر من الديزل المنخفض الكبريت الذي تم تجريده من مواد التشحيم الطبيعي أثناء الإكبريت، حيث أن سلاسل الأحماض الدهنية في الديزل الأحيائي تشكل طبقة حدية رقيقة تحمي مكونات حقن الوقود والمضخات والحقول والزيوت من الارتداء، وفي اختبار مختبري في مختبر الطاقة المتجددة الوطني في الولايات المتحدة، وفي المضخات

أمن الطاقة وقابلية تحقيق الاستقرار

ويمكن إنتاج الوقود الأحيائي محلياً من مجموعة واسعة من المواد الوسيطة - المستخرجة في أوروبا، والصويا في الأمريكتين، والزيوت النخيلية في جنوب شرق آسيا (رغم أن ذلك مثير للجدل بسبب إزالة الغابات)، والمواد الوسيطة للنفايات في العالم، وبالنسبة للدول التي تعتمد على استيراد النفط الخام، فإن وضع سلسلة محلية لتوريد الوقود الأحيائي يعزز أمن الطاقة ويقلل من التعرض للأسعار الخام المتقلبة.

توافر الحوافز وأرصدة الامتثال

كما أن مؤشرات كثافة الكربون التي وضعتها المنظمة البحرية الدولية، والقاعدة البحرية المرتقبة لمحطة الوقود الأوروبية (النافذة 2025)، تحدد درجات كثافة غازات الدفيئة للوقود، كما أن الوقود الأحيائي الذي يفي بمعايير الاستدامة الصارمة - وهو ما يمثل انخفاضاً في الانبعاثات من الوقود المحتوي على الوقود المحتوي على الوقود المحتوي على كميات كبيرة من الوقود مقارنة بتقدير منخفض للكثافة الكربونية، كما أن السفن التي تستخدم هذا الوقود الحيوي يمكن أن تحسن من تقييمها وتجنب فرض العقوبات.

دراسات حالات إفرادية تنفيذية

Maersk’s biofuel trial:] In 2021, Maersk successfully operated a container vessel on a blend of 20 percent waste-based FAME and 80 percent MGO for over 12 months. The trial concluded that the blend performed flawly in the main motor and auxiliary motors, with no fuelrelated downtime or maintenance issues.

(أ) مثال خط ستينا: ] يستخدم مشغل الأسمدة السويدي أجهزة التصنت العالي التحلل في عدة سفن من سفنه المزودة بالبوكس المروي منذ عام 2019، وقد أدى التحول إلى خفض الانبعاثات السنوية لثاني أكسيد الكربون بنحو 000 10 طن لكل سفينة، وأفاد خط ستينا بأن استهلاك الوقود ظل دون تغيير تقريباً، وأن شركة HVO لم تطلب إدخال أي تعديلات على محركات البنية التحتية المزودة بأجهزة مركبة بأجهزة مزودة بأجهزة مرخصة بأجهزة مزودة بالكم.

(أ) السفن الآلية التابعة لشركة المسح البحري (FLT:0) أوقيانوسيا (Ocean Infinity) (Ocean Infinity) ((Ocean Infinity) ((Ocean Infinity)) ((Oceant Infinity))) ((Ocemand Frontier,)) التي تعمل على B100 من زيت الطهي المستخدم، وقد سجلت السفينة أكثر من 000 15 ساعة محركة على B100 منذ عام 2020، ولم يعثر على عدد الوقود البارد.

أنواع الوقود الأحيائي للمحركات البحرية

FAME (Fatty Acid Methyl Ester)

وتنتج الديزل الأحيائي للنظم الإيكولوجية البحرية الفلورية عن طريق زيوت النباتية أو الدهون الحيوانية المحتوية على الميثانول، حيث يوجد بها رقم عال من المواد الخزفية (50-65)، وسمية عالية، ومع ذلك فإن محتوى الأوكسجين المرتفع وميله إلى التأكسد عبر الزمن يفرض قيودا على حياة التخزين (نحو 6 إلى 12 شهراً) كما أن هذه المواد الكيميائية تعمل كودائع مذيب مخففة ومخففة في خزانات الوقود

HVO (Hydrotreated Vegetable Oil)

إن المادة الهيدروجينية تنتج عن الدهون المائية للحيوانات أو الخضراوات التي تحتوي على الهيدروجين، وتنتج الهيدروكربون البارفينات المطابقة كيميائياً للديزل العالي الصقل، وخلافاً للنظم الإيكولوجية البحرية، فإن الهيدروكربونية المهددة، بحيث لا تحتوي على أي محتوى من الأوكسجين ولا تجذب الماء أو تدعم النمو الميكروبي، ولها رقم عالي جداً (70-85) ونسبة ثاني أكسيد الكربون غير متطورة.

Advanced Biofuels from Algae, Lignocellulosic Biomass, and Waste

ويحقق الجيل الثاني من الوقود الأحيائي المستخرج من المواد الوسيطة غير الغذائية اهتماماً للاستخدام البحري، بينما يمكن للوقود الموجود في المنطقة أن يحقق عائدات مرتفعة جداً من النفط لكل هكتار ويمكن زراعةه على الأراضي غير الصالحة للزراعة، كما أن الديزل الأحيائي لا يزال يملك خصائص مماثلة للنظم الإيكولوجية البحرية المفلورة، ولكن مع وجود استقرار أكسي أعلى.

شهادات الاستدامة والشواغل المتعلقة باستخدام الأراضي

ومن أجل الحصول على حوافز تنظيمية، يجب أن تستوفي الوقود الأحيائي معايير الاستدامة الصارمة، ويشترط التوجيه المتعلق بالطاقة المتجددة الصادر عن الاتحاد الأوروبي (الوارد الثاني والثالث) أن تكون المواد الوسيطة التي لا تسبب إزالة الغابات، أو تشرد إنتاج الأغذية، أو فقدان التنوع البيولوجي، وأن تكون المواد الوسيطة القائمة على النفايات (زيت الطهي، والدهون الحيوانية، والنفط الطويل) مضاعفة الأهداف الوطنية للطاقة المتجددة، وأن يكون خطر تغير استخدام الأراضي غير المباشر معتمداً بالنسبة إلى إزالة الأحراج

التحديات والنظرات التقنية

العمر المتوقع والاختراق

ويفضل نظام " إي إي إم آي ديزل " (AME) على مر الزمن، تكوين حمضات وودائع متعددة المقاييس، وزيادة رواسب الحقن، وتدهور نوعية الوقود، ويستخدم في بيئة بحرية حرارة مائية، ويستخدم النسيج الدافني، ويستخدم الغازات السائلة ذات الجودة الطويلة، ويستخدم الخزانات الصلبة في هذه العملية.

النمو المتناهي الصغر وضبط المياه

فالديزل الأحيائي هو أكثر هضبة من الديزل التقليدي ويمتص الماء من الغلاف الجوي أو التكثيف، ويوفر الماء وأحماض الدهون المجانية أرضاً للتوالد لل الكائنات المجهرية - البكتيريا والفطريات التي تنتج الحمأة والتآكل، وكثيراً ما يكون التخزين وفصل المياه واستخدام المواد الهيدروجينية (مثل تكديس الأزياء المائية) ممارسة معيارية.

المقارنات المادية

وقد كشفت التجارب الانتقالية المبكرة أن الديزل الأحيائي يحلل بعض الذرّات القديمة: المطاط الطبيعي، والبونا، والبوليوريثان، والنيوبيرين، والخراطيم، والخلايا الغازية قد تتضخم أو تخفف أو تشقق عندما تتعرض لتركيزات عالية من المواد الكيميائية، أما المصانع فتزود الآن بنظم وقود ذات مكونات متماثلة من نوع FKM (Viton R) أو مكونات من الوقود المتماثلة

أداء الطقس بارد

ويتمتع الديزل الأحيائي في إطار هذه المؤسسة عادة بنقطة صب ونقطة سحاب أعلى من الديزل التقليدي، ويمكن للمؤسسة الأوروبية للكيمياء الحيوانية البحتة (B100) أن ترتفع عند حوالي 0oس (32 درجة ف)، مما يجعله غير قابل للتطبيق في المناخ البارد دون التدفئة.

سلسلة الإمدادات والهياكل الأساسية القائمة على بناء المباني

وفي حين أن الوقود الأحيائي قد زاد بسرعة - وهو يزود الآن أكثر من 000 500 طن سنوياً من الوقود المختلط - لا يزال توافره محدوداً خارج المراكز الرئيسية، فمثل الموانئ مثل سنغافورة وفجيرة وهيوستن يفتقر إلى مرافق مكرسة لتخزين الوقود الأحيائي والتزييف، وتعاني الخواص المادية للمركبات الهيدروجينية (الكثافة العالية والهيغروئية) من أنه لا يمكن أن تكون مجهزة بخطوط الإمداد بالوقود.

تصريف الأراضي

الاستراتيجية الأولية لغازات الدفيئة التي وضعتها المنظمة البحرية الدولية والتدابير المتوسطة الأجل

وستؤدي الاستراتيجية الأولية للمنظمة البحرية الدولية (2018) إلى تخفيض انبعاثات غازات الدفيئة من الشحن بنسبة 50 في المائة على الأقل بحلول عام 2050، مقارنة بعام 2008، واعتمدت المنظمة البحرية الدولية في تموز/يوليه 2023 استراتيجية منقحة تستهدف انبعاثات غازات الدفيئة الصافية من " صفر إلى 2050 " مع نقاط تفتيش إرشادية تبلغ 20 في المائة من كثافة الوقود في المتوسط بحلول عام 2030 و60 في المائة بحلول عام 2040، ويعترف صراحة بأن الوقود الأحيائي يشكل أداة رئيسية في إطار آلية الاستخدام الأمثل للطاقة(ب)

EU FuelEU Maritime and the ETS

كما أن نظام الاتحاد الأوروبي للشحنات البحرية (العامل 2025) يحدد هدفاً لانخفاض كثافة غازات الدفيئة بالنسبة للطاقة المستخدمة في السفن التي تنادى بموانئ الاتحاد الأوروبي، بدءاً بتخفيض قدره 2 في المائة في عام 2025، وزاد إلى 80 في المائة بحلول عام 2050، وسجلت كميات الوقود من انبعاثات الوقود نتيجة لانبعاثات دورة الحياة؛ وسجلات النفط الموحدة في الغاز البحري: 91 غراماً مربعاً/ميغاغرام(24).

كاليفورنيا وغيرها من البرامج الإقليمية

وفي الولايات المتحدة، ينظم مجلس موارد الجو في كاليفورنيا السفن التي تجوب المحيطات في حدود 24 ميلا بحريا من الساحل، ويشترط نظام الوقود البحري في جنوب شرق أوروبا استخدام الوقود المبتذل (0.1 في المائة من الكبريت) ولكنه لا يقيد بشكل صريح كثافة الكربون، غير أن معيار الوقود المنخفض الكربوني الموجود في سنغافورة يوفر ائتمانات لموردي برامج الوقود البحري المنخفضة الكربون.

التوقعات والتوصيات في المستقبل

Scaling Production and Reducing Costs

ومن المتوقع أن يضاعف الإنتاج العالمي من أكسيد الكربون الهيدروفلوري من 9 ملايين طن في عام 2023 إلى أكثر من 18 مليون طن بحلول عام 2028، ويقوده نباتات جديدة في الولايات المتحدة وأوروبا وجنوب شرق آسيا، ويزداد إنتاج هذه المواد نضجاً، ويتجه نحو المواد الوسيطة للنفايات، ويظل الوقود الأحيائي المتقدم من الطحالب والكتل الأحيائية المتجددة في مستوى ما قبل التجارة، ولكن يمكن أن يصل إلى مستويات متكافئة من حيث التكلفة مع الديزل الأحفوري بحلول عام 2040.

التوصيات التقنية للمشغلين

• Start with low blends:] B10 to B20 for FAME; any blend ratio for HVO. Monitor fuel filters closely during the first 500 hours of operation.
• Conduct a material compatibility audit:] Inspect all fuel hoses, gaskets, and tank coatings; upgrade to Viton or PTFE where needed.
• (ب) إجراء اختبار صارم لنوعية الوقود: بالنسبة للمؤسسة، اختبار لرقم الحمض، والخصائص، والمحتويات المائية، ومحتويات كل مخبأ، وبالنسبة للشركة، ضمان أن يلتقي الوقود برقم EN 15940 (معيار الديزل الناظر).
• Adjust storage and handling procedures:] Keep fuel tanks as full as possible to minimize condensation. Use biocides in FAME —based systems. Consider nitrogen blanketing for long-term storage.
• Partner with certification sustainable suppliers:] Only purchase biofuels with ISCC or RSB certification to guarantee regulatory compliance and avoid greenwashing claims.
• Explore charterer demand:] Major shippers-Amazon, IKEA, Unilever-are committed to zero —carbon shipping. Using biofuels can secure instalment cargo contracts and demonstrate environmental leadership.

خاتمة

فالوقود الأحيائي ليس من قبيل القدرة على قياس الرصاص، والتكاليف، والقيود على سلسلة الإمداد، بل إن هذه القيود هي أكثر السياسات نمواً من الناحية التقنية، ويمكن إدارتها عملياً، والخيار المتاح فوراً فيما يتعلق بخفض انبعاثات المواد الكربونية بالنسبة للغالبية العظمى من السفن التجارية العالمية التي تعمل على إزالة الوقود الديزل، والتي تستمد قوتها من محركات الديزل، وخلافاً للنظم السوقية المحدودة، فإن الوقود الأحيائي لا يتطلب سوى القليل من أي استثمار رأسمالي، ويبدأ في اعتمادها.

For further reading: IMO GHG Strategy] ⁇ CIMAC Biofuel Guidelines ⁇ DNV Biofuel Guide DO ⁇ ]ISCC Certification: