Pesquisa aponta potencial redução de emissões de poluentes em navios diesel-elétricos

Um estudo conduzido no Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) destacou uma redução potencial em mais de 15% nas emissões de poluentes de navios de suporte a plataformas petrolíferas (PSVs) 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 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 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.

“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. Só com a otimização dos geradores, conseguimos reduzir as emissões em 10%. Ao adicionar as baterias ao modelo, conseguimos reduzir mais 5%”, complementa Carmo.

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. Segundo Carmo, é possível corrigir o aumento nas emissões de óxidos de nitrogênio com a utilização de catalisadores.

A aplicação das tecnologias desenvolvidas pelo grupo de pesquisa é viável para a indústria naval e não exige grandes investimentos. 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.

Informações da Agência FAPESP