Estudo mostra possível redução nas emissões de poluentes de navios diesel-elétricos

Estudo conduzido no Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) aponta uma redução potencial em mais de 15% nas emissões de poluentes de navios de suporte a plataformas petrolíferas (PSVs, na sigla em inglês) com propulsão diesel-elétrica. 

O RCGI é um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por FAPESP e Shell na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), que atualmente conta com apoio de diversas empresas. 

O resultado foi obtido por meio de modelos matemáticos que simulam o funcionamento do trem de potência (conjunto de motor e peças que transmitem a força gerada para os eixos e hélices submersas) das embarcações e das emissões geradas. Os modelos também possibilitaram otimizar a utilização de geradores a diesel embarcados, de forma a usar o combustível de forma mais eficiente, além de gerenciar a utilização de baterias de íon de lítio. 

Os PSVs são embarcações comuns na indústria de óleo e gás, utilizadas para transportar suprimentos dos portos para as plataformas. No modelo diesel-elétrico, elas funcionam à base de um conjunto de geradores que, por meio da combustão de óleo diesel, produzem a energia elétrica necessária para a locomoção do navio. 

Com base em dados obtidos de uma embarcação real, foram desenvolvidos dois modelos matemáticos do trem de potência de um PSV diesel-elétrico. Em um deles foi utilizado o software HOMER Pro para fazer as estimativas de todo o curso conhecido da viagem e no outro o software MATLAB para monitorar e gerenciar o trem de potência nas condições e manobras futuras. 

Os resultados obtidos com simulações foram validados com dados de viagens efetuadas por uma embarcação real, o que se tornou o principal diferencial da pesquisa. O estudo foi publicado na revista científica Applied Energy. 

“Os modelos para geradores dão comandos de quando acioná-los, diminuir ou aumentar a potência de acordo com as condições da viagem. Já os modelos com baterias ligam ou desligam esses dispositivos com base nesses fatores e na quantidade de carga. Também analisamos qual o tamanho de bateria que deve ser instalado, uma vez que cada navio necessita de um tamanho específico para obter os melhores resultados”, explica Bruno Souza Carmo, professor da Poli-USP, diretor do Programa de Descarbonização do RCGI e coordenador da pesquisa. 

Os dados prévios das embarcações e a validação do modelo de geradores foram realizados com a parceria de uma empresa do setor naval que compartilhou, por cinco meses, dados de telemetria, com a coleta de várias informações das embarcações em tempo real, como os níveis de emissões de gases na atmosfera, por exemplo. 

Redução significativa das emissões 

“No estudo, constatamos que as emissões registradas em campo eram as mesmas calculadas pelo nosso modelo, o que validou o algoritmo para o uso em geradores. Os modelos das baterias foram validados com base em dados da literatura, porque os navios que acompanhamos ainda não utilizavam esse equipamento, que é novo no mercado”, afirma o coordenador do projeto. “Só com a otimização dos geradores, conseguimos reduzir as emissões em 10%. Ao adicionar as baterias ao modelo, conseguimos reduzir mais 5%”, complementa. 

Esses resultados são a soma do volume de redução de três poluentes que compõem as emissões das embarcações. O dióxido de carbono (CO2) foi o gás com redução mais significativa. Seus níveis diminuíram entre 16% e 26%, dependendo da carga do gerador utilizada e da configuração aplicada, uma vez que foram analisadas diversas viagens. Também houve uma redução alta nas emissões de materiais particulados, que são uma mistura de diversos poluentes, sólidos ou líquidos, enviados à atmosfera. Nesse quesito, a queda variou de 25% a 65%. 

Todavia, para os óxidos de nitrogênio (NOx), houve um aumento de até 20% das emissões em alguns testes, apesar de ter havido uma redução de até 6% em outras. “Isso infelizmente acontece porque, para otimizar a eficiência energética dos geradores, aumentamos a temperatura de combustão, o que favorece a formação desse gás. Porém, é possível corrigir esse problema com catalisadores, uma solução já usada na indústria automobilística e que sofre do mesmo problema”, explica Carmo. 

Segundo o professor da Poli-USP, a aplicação das tecnologias desenvolvidas pelo seu grupo é viável para a indústria naval porque não exige grande investimento: “Existem empresas que já comercializam sistemas e baterias visando essa adequação. Isso não seria demasiadamente custoso. O maior gasto estaria na interrupção da operação do navio para fazer as adaptações e os testes de segurança, o que não é prática recorrente da indústria, que opera com os mesmos navios, sem alterações, há muitos anos”. 

O artigo Assessing the impact of power dispatch optimization and energy storage systems in Diesel–electric PSVs: A case study based on real field data pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261923018408. 

* Com informações do RCGI. 

Matéria – Agência FAPESP* 

Imagem – Com base em dados obtidos de uma embarcação real, foram desenvolvidos dois modelos matemáticos (foto: Wikimedia Commons)