В условиях глобальных усилий по снижению выбросов парниковых газов и достижению климатических целей международного сообщества тема декарбонизации становится приоритетной во многих отраслях, включая морскую энергетику и транспорт. Одним из перспективных направлений, способных открыть новые возможности для снижения углеродного следа судовых комплексов и установок, являются технологии криогенного улавливания углекислого газа (CO2). В частности, интеграция таких систем в плавучие хранилища с регазификацией сжиженного природного газа (ФСРУ) позволяет не только минимизировать выбросы парниковых газов, но и повысить общую энергетическую эффективность комплекса за счет использования уникального потенциала охлаждающей энергии сжиженного газа. ФСРУ представляет собой мобильную, гибкую по месту эксплуатации установку, способную обеспечить стабильные поставки природного газа в виде регазифицированного продукта. Такой плавучий терминал выгодно отличается от наземных станций меньшим воздействием на окружающую среду и возможностью быстрого перемещения в зависимости от меняющегося спроса на рынке.
Тем не менее, работа регазификационных систем требует значительного энергопотребления, прежде всего для согревания сжиженного природного газа с чрезвычайно низкой температурой около −162 °C до газообразного состояния при температуре окружающей среды. В процессе регазификации происходит активное теплообменное взаимодействие различных рабочих сред: морской воды, теплоносителя R-290 (пропан) и водяного пара, создаваемого котельными установками. Одним из наиболее современных и многообещающих путей повышения экологичности ФСРУ является интеграция технологии криогенного улавливания CO2, позволяющей использовать экстремально низкие температуры сжиженного газа для конденсации и отделения углекислого газа из выхлопных газов судовых двигателей и котлов. Такой подход отличается от классических химических методов улавливания углерода, так как основан на физических процессах перехода вещества между агрегатными состояниями при низких температурах и высокой давлении, что сокращает затраты на химические реагенты и упрощает систему. Использование технологии криогенного улавливания CO2 в ФСРУ сопряжено с особенностями, связанными с эксплуатацией судового оборудования и природными ограничениями.
Например, давление и температура должны быть точно согласованы для перевода CO2 в жидкое состояние – при температуре около −56,6 °C и давлении 5,11 бар. В интегрированных схемах регазификации с участием R-290 теплообменные процессы оптимизируются таким образом, чтобы отводить из выхлопных газов максимальное количество тепла, одновременно снижая нагрузку на котлы, тем самым уменьшать расход топлива и выбросы СО2. По результатам исследований, подобные интеграции позволяют снизить расход топлива на регазификационных котлах до 22%, что является немалой экономией при масштабах эксплуатации. Особенно важно, что энергия холода сжиженного природного газа, которая ранее воспринималась как потеряющаяся, теперь становится ценным ресурсом. Около 830 кДж холодовой энергии на килограмм СПГ можно эффективно использовать для охлаждения и последующего разделения выхлопных газов, превращая их в чистый CO2 для дальнейшего сжижения и хранения.
Это не только способствует сокращению выбросов, но и обеспечивает снижения тепловых потерь в системе за счет интегрированной схемы теплообмена между LNG и углекислым газом. Для оценки возможностей такой интеграции были проведены детальные структурные анализы энергетического баланса ФСРУ в условиях как открытого, так и закрытого контура регазификации. При этом в закрытом режиме, где температура морской воды опускается ниже 13 °C, основным источником тепла выступают регазфикационные котлы, а использование технологии криогенного улавливания CO2 способствует снижению нагрузки на эти котлы, сокращая потребление топлива и выбросы. Программные модели, построенные на основе Thermoflow Thermoflex 32, подтвердили эффективность предложенных решений. Моделирование показало высокую точность воспроизведения реального функционирования теплообменных процессов с отклонением менее 2.
5%. При этом введение технологии криогенного улавливания CO2 позволило сократить потребление энергии в процессах регазификации, а также обеспечить 100% улавливание углекислого газа из выхлопных газов двигателей и котлов. Экологическое значение таких инноваций трудно переоценить. Морская отрасль, являясь одной из ключевых источников выбросов парниковых газов, стоит перед необходимостью принятия новых технологий для обеспечения соответствия нормативным требованиям международных организаций, таких как Международная морская организация (IMO) и Европейский союз. В частности, регуляторные инструменты вроде Индекса углеродной интенсивности судов (CII), Энергоэффективного существующего судового индекса (EEXI) и системы торговли выбросами ЕС (EU ETS) стимулируют владельцев судов вкладываться в технологии, позволяющие сокращать выбросы СО2 и повышать энергетическую эффективность.
Важным направлением дальнейших исследований является масштабирование и адаптация криогенных систем улавливания к разным типам судов и условиям эксплуатации, а также оценка экономической целесообразности широкого внедрения. Помимо технологической составляющей, учитывается и влияние сезонных колебаний температуры воды в местах эксплуатации ФСРУ, вариативность нагрузки и особенности привязки к транспортным и логистическим схемам поставок природного газа. Перспективы развития интегрированных систем криогенного улавливания углекислого газа в морской отрасли, в частности на ФСРУ, тесно связаны с усилением международных обязательств по декарбонизации, а также с ростом доли сжиженного природного газа как более экологически чистого топлива по сравнению с традиционными нефте- и углепродуктами. Применение подобных технологий не только способствует сокращению выбросов, но и повышает конкурентоспособность судовладельцев на международных рынках, где требования к экологической устойчивости становятся решающим фактором. Таким образом, криогенное улавливание CO2 на ФСРУ представляет собой стратегически важное направление для снижения углеродного следа морских сооружений.
Результаты исследований, подкрепленные новаторскими методами моделирования и экспериментальными данными, демонстрируют значительный потенциал данного технологического решения. Внедрение таких систем позволит одновременно улучшить энергетическую эффективность регазификационных процессов и снизить отрицательное воздействие на климат, внося вклад в достижение глобальных климатических целей и долгосрочную устойчивость отрасли.
