EPA Tier 4: Difícil e contencioso, 12 anos e contando

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Quando se trata de cumprir os regulamentos de emissões Tier 4 da EPA, não falta criatividade nas firmas de engenharia marítima dos Estados Unidos. Empresas como a Hug Engineering estão oferecendo sistemas de controle baseados em pós-tratamento flexíveis e personalizados que podem ser montados quase de maneira modular. Outras empresas, como o ABB Group, oferecem fontes de energia híbridas com bateria para complementar a energia de combustão e evitar o limite de emissões de diesel. Fabricantes de motores, como a Cummins, estão trabalhando com fornecedores de pós-tratamento para garantir a harmonia operacional entre a usina de energia e os controles de poluição. A Scania AB está demonstrando novos sucessos ao abordar a potência do ponto de vista dos sistemas, analisando de perto as demandas reais de potência de uma embarcação e como e quando essa potência precisa ser fornecida.

Como os proprietários de embarcações sabem, isso não é fácil – de forma alguma. Os sistemas Tier 4 são complexos e caros, para comprar e operar. Eles são grandes, frequentemente exigindo análises específicas e personalizadas para colocação dentro de um vaso; um desafio e dificuldade que a EPA chama de “embalagem”, literalmente trabalhando para encaixar o hardware e os componentes relacionados dentro de um casco. As exigências do Tier 4 são rigorosas: as emissões de 25 motores Tier 4 devem ser equivalentes a apenas um motor Tier 1. A embarcação, seu motor e o pós-tratamento precisam funcionar como um único sistema para desempenho ideal, confiabilidade, redução de custos e emissões.

A partir de discussões com especialistas no campo Tier 4, alguns dos desafios técnicos da instalação Tier 4 estão sendo atendidos. O progresso é lento, mas novas embarcações, pelo menos, estão sendo projetadas para incorporar motores Tier 4 e os sistemas de pós-tratamento que, é claro, exigem tanto espaço quanto os motores aos quais cada unidade deve ser ligada.

(Imagem: Abraço Engenharia)

É importante ressaltar, porém, que esses avanços devem se espalhar por uma paisagem muito fraturada. O progresso com um vaso ou aplicação não significa sucesso em outro lugar. Cada classe diferente de embarcação requer uma abordagem e análise diferentes para a implementação do Tier 4, os barcos de lagosta não são iguais às balsas que não são iguais aos barcos de pilotagem. Não é exagero escrever que toda embarcação – não apenas toda classe de embarcação – exige sua própria análise.

O nível 4, é claro, não se aplica apenas a novas embarcações. O proprietário de uma embarcação que busca repotenciar uma embarcação mais antiga enfrenta a mesma longa lista de questões e compensações. Ele ou ela pode decidir que é mais fácil apenas evitar todo o conjunto de problemas e, em vez de comprar um motor Tier 4 a 800 HP (o limite de 800 HP Tier 4, também 600 kW), ele ou ela pode comprar dois motores menores. E cada vez mais, aplicações híbridas, usando geração de energia elétrica e diesel estão chamando a atenção dos operadores. Os sistemas híbridos dobram, quando necessário, para fornecer potência máxima sob carga, e a carga máxima geralmente é apenas uma fração do tempo de operação de uma embarcação.

Para tornar as coisas mais complicadas, o mercado e o ambiente de negócios do Nível 4 permanecem instáveis. As decisões do nível 4 estão dentro de um ambiente regulatório instável - embora os regulamentos da EPA tenham sido finalizados em 2008 e a fase do nível 4 devesse ter sido concluída em 2017. Essa incerteza afeta as decisões em geral - em estaleiros, entre fabricantes de motores e proprietários de embarcações.

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Em setembro passado, a EPA propôs atrasar a implementação do Tier 4 para certos tipos de embarcações - embarcações de alta potência, como barcos de lagosta. Em resposta, chegaram comentários de toda a indústria implorando à EPA que expandisse o escopo desse atraso – para incluir uma gama mais ampla de embarcações, de barcos de trabalho a barcos de turismo. O período de comentários públicos da EPA terminou em outubro. No entanto, nos bastidores, a EPA manteve uma discussão ativa e objetiva com representantes da indústria, pedindo sua perspectiva sobre as acusações e contra-acusações dentro do debate do Nível 4. Os muitos problemas com a conformidade do Tier 4 permanecem altamente controversos.

A EPA contava com mudanças no projeto de embarcações e avanços tecnológicos para estar pronta para o mercado em 2017. A EPA permitiu esse tempo de desenvolvimento para resolver os problemas de “embalagem” (termo da EPA) que impediram uma introdução mais rápida em 2008; A EPA sabia que a aplicação e instalação do pós-tratamento Tier 4 ainda demoraria alguns anos. Dez anos depois, porém, os problemas de “embalagem” permaneceram. “A suposição de uma década (da EPA) de como o mercado responderia provou ser incorreta”, é a maneira como Robert J. Lawler, Jr., presidente da Associação de Navios de Passageiros resumiu a situação do Nível 4 em comentários à EPA .

A EPA tem como meta o verão de 2020 para emitir uma ação final sobre sua proposta de adiamento.

Dana Brewster (Foto: Hug Engenharia)

A abordagem da Hug Engineering para conformidade com o Tier 4 ilustra como os engenheiros estão buscando flexibilidade máxima em relação a materiais e espaço. Esse tipo de avanço é importante para armadores que buscam repotenciar. Você pode não ter conseguido instalar um sistema Tier 4 em sua embarcação há cinco anos. Hoje, esse mesmo espaço pode funcionar para a instalação de um sistema de pós-tratamento em seu motor existente.

A HUG Engineering oferece uma redução catalítica seletiva (SCR) pós-tratamento para reduzir as emissões de NOx para os padrões Tier 4. Um filtro de partículas diesel (DPF) pode ser adicionado ao sistema SCR para também reduzir o material particulado (PM). Os sistemas Nauticlean e Clean4Marine da HUG são adaptáveis a vários motores; na verdade, o HUG possui certificações para IMO III hoje e motores adicionais atualmente em processo de certificação. A HUG faz parceria com alguns dos OEMs de motores a diesel marítimos em escala global. Outro caminho de Nível 4 a ser explorado é uma opção de “Melhor Tecnologia Disponível” (BAT). Quando um motor Tier 4 não está disponível para aplicações de repotencialização, as agências de qualidade do ar, em alguns casos, podem considerar o BAT.

Dana Brewster é gerente regional de vendas da Hug, aplicativos móveis (marítimos/ferroviários). Ele disse que os engenheiros do HUG adotam o que ele chama de “abordagem Lego” para a instalação de pós-tratamento, ou seja, para encaixá-lo em praticamente qualquer espaço disponível. Brewster disse que os esquemas de controle Tier 4 podem, cada vez mais, ser instalados em várias configurações. Se houver mais espaço vertical disponível, o hardware será empilhado. Em um espaço estreito, porém mais longo, o sistema se estenderá. Mas se você precisa de um motor com mais de 800 HP, as chances são melhores agora que o Nível 4 pode funcionar. Mais uma vez, porém, não há respostas gerais com o Nível 4.

A Boyer Towing recentemente repotenciou seu rebocador Gretchen H, construído em 1997, com três novos motores compatíveis com Cummins QSK19 Tier 3, classificados para 750 HP cada a 1.800 RPM. (Foto: Cummins)

Eddie Brown, líder do segmento, Commercial Marine da Cummins Engines, disse que sua equipe está “trabalhando em estreita colaboração com arquitetos navais e clientes em soluções de energia que atendem aos níveis de emissão Tier 4 e permitem que as embarcações concluam suas missões”. Brown disse que “no geral, o impacto dos sistemas de emissões mais limpas nas embarcações varia”. Alguns vasos podem acomodar novos sistemas de pós-tratamento sem um redesenho significativo do vaso. No entanto, em aplicações de alta velocidade e/ou sensíveis ao peso, Brown disse que “pode haver a necessidade de redesenhar ou reconfigurar os barcos e suas casas de máquinas”. A Cummins trabalha em estreita colaboração com os clientes nesses tipos de projetos.

Brown disse que soluções alternativas de energia estão no horizonte, de híbridos diesel-elétricos a células de combustível de hidrogênio. “Os clientes desejam otimizar suas embarcações com os melhores pacotes de potência para atender às regras regulatórias e ainda fornecer o desempenho do motor mais eficiente.”

A hibridização é um grande foco para a ABB e seus produtos geradores marítimos. Os geradores marítimos padrão de baixa tensão (LV) da ABB são projetados para embarcações totalmente elétricas e para grupos geradores marítimos a diesel na geração de energia principal, auxiliar ou de emergência. Eles cobrem a faixa de potência de 14-2.600 kVA em tamanhos de carcaça 180-450 com tensões típicas de 380-480 V. Este equipamento é bem testado em aplicações marítimas, trabalhando atualmente em mais de 1.300 navios.

Dave Lee, gerente sênior de contas da ABB, New Build, descreve uma avaliação híbrida como parte de um “padrão de pensamento diferente” em relação à potência da embarcação. Ele observa que em um barco de trabalho, por exemplo, a potência total do motor raramente é usada. A ABB instala geradores menores para complementar o motor a diesel. “Oferecemos uma faixa de potência ideal e tecnologia de bateria e célula de combustível”, disse Lee. Esta abordagem pode evitar a necessidade de um segundo motor diesel. Ele utiliza a potência de forma mais eficaz, dependendo da tarefa em mãos.

David Lee (Foto: ABB)

A noção de poder estratégico é importante para a Scania, que não está oferecendo motores acima de 800 HP nos EUA. Esse mercado de alta potência é muito limitado. Enquanto os projetistas avaliam as futuras demandas de energia, Alberto Alcalá, gerente de vendas marítimas da Scania nos EUA, prevê progresso adicional nas próprias embarcações: moldadas para velocidade e eficiência energética.

Ele também espera aumentar a hibridização, escrevendo que “a hibridização pode preencher a lacuna entre o nível 3 e a necessidade de um mecanismo maior com as complexidades do nível 4”. Em 2012, a Scania equipou o Hornblower Hybrid em San Francisco com uma mistura Tier 2 / elétrica. Esse navio foi recentemente atualizado para uma mistura Tier 3 / elétrica para atender às metas de qualidade do ar mais rígidas da Califórnia.

Alberto Alcalá (Foto: Scania)

Alcalá colocou a hibridização no topo da lista de futuras tecnologias disruptivas. A Scania trabalha com a ABB (e outros) em projetos que demonstram como uma mistura de geração elétrica-diesel pode substituir conjuntos de motores maiores.

Os engenheiros da Scania demonstraram que três motores menores podem substituir 3-4 motores em um rebocador tradicional de 2.000 HP, em níveis de nível 3. Novos grupos geradores podem fornecer até 2.400 HP no que antes era uma embarcação de 2.000 HP. As embarcações usam a energia conforme necessário – em marcha lenta ou desligando em situações de baixa carga, usando muito menos combustível e extraindo potência máxima somente quando necessário, novamente, geralmente uma parte relativamente pequena das horas de operação de uma embarcação.

Fique atento para a decisão da EPA neste verão.