Gemi Tetiklemeli Metan Emisyonları
Küresel okyanuslar gemiler tarafından yoğun bir şekilde insan ticareti yapılır ve yoğunluk, difüzyon veya kabarcıkların salınması (ebullition) yoluyla atmosfere yayılan önemli metan kaynakları olan kıyı ve nehir alanlarında (Şekil 1) özellikle yüksektir. İletişim Dünya ve Çevre'de yayınlanan son çalışmamız, gemiler sığ, metan açısından zengin sulardan geçtiklerinde, ortaya çıkan basınç değişikliklerinin ve su karıştırmanın, deniz tabanından önemli metan emisyonlarını tetikleyebileceğini göstermektedir-nadiren mevcut saha ölçüm yaklaşımları ile yakalanmıştır (Şekil 2).
Şekil 1. 2022 AIS verilerine dayalı küresel gemi trafik yoğunluğu, her 0,1 ° x 0.1 ° ızgara hücresinde her yıl seyahat edilen kilometre olarak sunulan. 10 değerleri6 km seyahat etti-1 CA 250 Pasajlar Günü'ne karşılık gelir-1 ve 104 CA 2.5 pasajlara karşılık gelir D-1 (ızgara hücresinin kuzey güney yönünde).
Ölçüm kampanyaları ve izleme şemaları genellikle bozulmamış alanlara odaklanır ve kontaminasyonu önlemek için yoğun gemi trafiğine sahip alanları hariç tutar. Bununla birlikte, bu yaklaşım, yoğun gemi trafiğine sahip alanlarda insan kaynaklı baskıların ve süreçlerin etkisinin etkileri konusunda büyük bilgi boşlukları olduğunu ima etmektedir. Sonuçlarımız, nakliye şeridinin Neva Körfezi'ndeki sınırlı bir alanı kapsamasına rağmen, nakliye şeridinden metan emisyonunun, alandan gelen toplam metan emisyonunun önemli bir payına katkıda bulunabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, Chalmers Teknoloji Üniversitesi'nden (Chalmers) bir grup araştırmacı, metan tüylerinden başka her şeyi arayarak doğru yerde olmasaydı, bu emisyonlar hala bilinmezdi, ancak bir metan sensörü ile ilginç sinyaller vermeyi beklemiyorlardı.
Şekil 2. Bir metanın üzerinden geçen bir gemi (CH4) Zengin tortu, tortudan kaplama suya metan salınımını tetikleyen basınç değişikliklerine indükler. Metan daha sonra sudan atmosfere yayılır, bu da gemi uyanışındaki türbülanslı karıştırma tarafından hızlandırılır.
Sekiz yıllık bir saha kampanyası ve konferans sunumu ile başladı
Chalmers'dan Johan Mellqvist ve Kent Salo, 2011 yılında Neva Körfezi'ndeki gemi yakıt yanmasından kaynaklanan hava emisyonlarını ölçen bir araştırma projesinin bir parçasıydı (Beecken ve ark., 2014). Bu ölçümler sırasında, gemi egzoz tüylerine kıyasla hafif bir gecikme ile ortaya çıkan beklenmedik derecede büyük metan emisyonları gözlemlediler (Şekil 3). Bu gecikme, emisyonların gemilerin yakıt yanması ile ilgisi olmadığını gösterdi.
Şekil 3. Gözlenen karbondioksit (CO2gemilerden egzoz tüyü ve gecikmiş metan (ch4) Emisyonlar geçen bir gemiyi rüzgardan alıyor. CH arasında ~ 50'lerin tipik bir gecikmesi4 ve ortak2 Tüyler, açıkça görülebilir ve siyah okla gösterilir.
2012 yılında, gerçek trafikte gemilerden egzoz gazı emisyonlarını incelemeye devam ettiler. Bu kez, gözlemlenen metan emisyonlarını daha yakından araştırmak için tamamlayıcı ekipman getirdiler. Bunlar, su yüzeyinde yüzen oda ölçümlerini ve farklı derinliklerde oksijen seviyelerinin örneklenmesini içermektedir (Şekil 4). Birden fazla metan tüyü tekrar tespit edildi ve suda yüksek konsantrasyonlarda metanın bulunduğu anlaşıldı. Bununla birlikte, bu gözlemler orijinal çalışmanın kapsamı dışında olduğundan, o zamanlar büyük metan emisyonlarının gizemini çözmek için başka bir çaba gösterilmemiştir.
Şekil 4. Su örneklemesi (sol üst), yüzen bölme ölçümleri (sağ) ve metan gözlemleri ve rüzgar ölçümleri için kullanılan hava aracı (sol alt) için gaz girişleri. Fotoğraflar: Johan Mellqvist.
Sekiz yıl sonra, Amanda T. Nylund, Ida-Maja Hassellöv (Chalmers) ve Lars Arneborg'un ana denetimi altında Chalmers (Nylund 2023) 'nin çalkantılı gemi uyanıkları üzerine doktora projesine başladı (İsveçli meteorolojik ve hidrolojik institut, Smhi) ve anders (ve kraler). Yine de, Amanda bir konferansta çalışmalarını sunana kadar, çözülmemiş bir bulmacanın bazı parçaları ortaya çıktı. Seyircilerde Neva Körfezi'nden eski ölçümleri hatırlayan Johan vardı. Bunlar Amanda'nın bahsettiği gemi uyanık rahatsızlıklarıyla ilgili olabilir mi? Şimdi açıklanamayan metan emisyonlarına bakma zamanı gelmişti ve işbirlikçi disiplinlerarası bir soruşturma başladı!
Ekleme . Bulmaca Gerekli İşbirliği
Metan gizemini çözmek artık Amanda'nın doktora projesinin bir parçası oldu ve iki araştırma grubu, metan emisyonlarının gemiden çalkantılı uyanmaya bağlanıp bağlanamayacağını anlamak için eski veri kümesini analiz etmeye başladı. Emisyonların gemi pasajlarıyla bağlantılı olduğu açık olduğunda, projeye başka bir katman eklendi. Rickard Bensow (Chalmers), metan emisyonlarını tetikleyen potansiyel mekanizmaları araştırmak amacıyla, geminin etrafındaki ve arkasındaki basınç ve türbülans alanının yüksek çözünürlüklü hesaplama akışkan dinamiği (CFD) modellemesi yapmak için meşguldü. Buna ek olarak, Jukka-Pekka Jalkanen (Finish Meteorological Institute), yanma ile ilişkili emisyonları doğal kaynaklardan tetiklenen metan emisyonları ile karşılaştırmayı ve ilişkilendirmeyi mümkün kılan gemilerin egzoz emisyonlarının modelleme tahminlerine katkıda bulundu.
Projenin sonuçlandırılması, hem saha çalışması hem de modelleme, fiziksel, kimyasal ve biyolojik oşinografi, deniz mimarisi, atmosferik kimya, sayısal modelleme ve simülasyon alanlarından disiplin perspektiflerinin bir kombinasyonunu gerektirmiştir (Şekil 5). Farklı disiplin geçmişlerinde etkili bir şekilde iletişim kurmak için ortak bir dil bulmak biraz zaman aldı, ancak hem gerekli hem de değerliydi.
Şekil 5. Metan emisyon gizemini çözmek için hem saha çalışması hem de modelleme dahil metodolojik yaklaşımların bir kombinasyonu gereklidir. Fotoğraf: Amanda T. Nylund (solda) ve Johan Mellqvist (sağ).
Son resim gösterdi
Gemiye bağlı basınç değişikliklerinin ve türbülanslı karıştırmanın, Neva Körfezi Nakliye Şeridinde büyük metan emisyonlarını sık sık tetiklediğini bulduk. Emisyonlar her türlü gemi tarafından tetiklendi, ancak gemi büyük ve hızlı olsaydı meydana gelme olasılıkları daha yüksekti. Yine de, benzer büyüklükteki farklı gemi tipleri arasında emisyon sıklığı ve büyüklükte net farklılıklar olduğu için önemli olan büyüklük ve hız önemli değildi (Şekil 6). Örneğin, seyir, ropax (kombine kargo ve yolcu) ve konteyner gemileri en sık büyük metan emisyonlarına neden oldu, ancak eşit veya daha büyük boyutta toplu gemiler, büyük veya sık emisyonlar olarak indüklemedi. Sonunda gizemi kısmen çözdük: büyüklüğü ölçme ve bu özel yer için gemiyi tetiklenen metan emisyonlarının anlayışını artırma hedefimize ulaştık. Bir sonraki adım, bu sürecin dünyadaki diğer benzer yerler için ne kadar alakalı olduğunu araştırmak olacaktır.
Şekil 6. Metan (CH4) Emisyon (GS–1) yedi farklı gemi türü için. Her kutudaki sayı medyan ch'yi gösterir4 Her kutunun içindeki yatay çizgi ile gösterilen emisyon, ayrı dataPoints gri X-Symbols ile gösterilir ve gri elmaslar aykırı değerler gösterir. Her gemi türü için pasaj sayısı (n) x ekseninde belirtilir. En yüksek iki konteyner gözlemi için kırık Y eksenine dikkat edin.
Nakliye şeritleri daha fazla sır saklayabilir
Son bir not olarak, nakliye şeritlerini sadece önlenecek bir rahatsızlık olarak değil, daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyan ilginç bir fenomen olarak düşünme ihtiyacını vurgulamak istiyoruz. Nakliye şeritlerindeki süreçleri ve bu alanların genellikle hariç tutulmasının birçok pratik nedeninin metodolojik olarak zorlayıcı olduğu hakkında ilk elden bilgiye sahibiz. Bununla birlikte, sonuçlarımız, rahatsız edici sistemlerde ve doğal olarak izlenmenin ve ölçmenin önemini göstermektedir, aksi takdirde şu anda bilinmeyen süreçler göz ardı edilebilir. Ekibimizin bir kısmı doğru zamanda doğru yerde olmasaydı, hala büyük miktarda metanın atmosfere salınmasını tetikleyen gemileri bilemezdik. Sonuç olarak, nakliye şeritlerinin izlenmesi olmadan, insan faaliyetleri ve çevre arasında şu anda bilinmeyen diğer etkileşimlerin keşfedilmemesi riski vardır.
Referanslar
Beecken, J., Mellqvist, J., Salo, K., Ekholm, J. ve Jalkanen, J.-P. (2014). Havadaki emisyon ölçümleri2HAYIRX ve bir sniffer tekniği kullanılarak bireysel gemilerden parçacıklar, atmos. Ölçüm. Tech., 7, 1957–1968, https://doi.org/10.5194/amt-7-1957-2014.
Nylund, (2023) 'de. Çalkantılı geminin karakterize edilmesi çevresel etki perspektifinden uyanıyor. Ph. D. Tezi, Chalmers Teknoloji Üniversitesi.
Bir yanıt yazın