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https://www.jewellok.com/what-is-exhaust-gas-cleaning-system/

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Dans le secteur maritime, les réglementations environnementales sont devenues de plus en plus strictes afin de lutter contre la pollution atmosphérique causée par les navires. L’une des technologies clés permettant de relever ce défi est le système d’épuration des gaz d’échappement (EGCS), communément appelé « épurateur ». Un EGCS est un dispositif de contrôle de la pollution installé à bord des navires afin d’éliminer les substances nocives, principalement les oxydes de soufre (SOx), présentes dans les gaz d’échappement des moteurs. Ce système permet aux navires de se conformer aux normes internationales en matière d’émissions tout en continuant à utiliser des carburants économiques. Le transport maritime mondial contribuant de manière significative à la pollution atmosphérique, il est essentiel que les ingénieurs, les exploitants de navires et les scientifiques spécialisés dans l’environnement comprennent le fonctionnement de l’EGCS.

Le principal facteur à l’origine de l’adoption des EGCS réside dans les réglementations établies par l’Organisation maritime internationale (OMI). Avant 2020, les navires pouvaient utiliser des carburants dont la teneur en soufre pouvait atteindre 3,5 %, ce qui entraînait des émissions élevées de SOx contribuant aux pluies acides, aux problèmes respiratoires et à la dégradation de l’environnement. L’annexe VI de la convention MARPOL de l’OMI a introduit une limite mondiale de teneur en soufre de 0,5 %, applicable à compter du 1er janvier 2020, connue sous le nom d’« IMO 2020 ». Dans les zones de contrôle des émissions (ECA) désignées, telles que certaines régions d’Amérique du Nord et d’Europe, la limite est encore plus stricte, à 0,1 %. Les navires disposent de trois options principales pour se conformer à cette réglementation : passer à des carburants à faible teneur en soufre, utiliser des carburants alternatifs comme le gaz naturel liquéfié (GNL), ou installer un système EGCS pour « épurer » les gaz d’échappement issus du fioul à haute teneur en soufre (HSFO). L’EGCS offre une solution pratique pour les navires à forte consommation de carburant, tels que les porte-conteneurs et les pétroliers, en leur permettant de continuer à utiliser du fioul à haute teneur en soufre (HSFO), moins coûteux.

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Fonctionnement des systèmes d’épuration des gaz d’échappement

Fondamentalement, un système EGCS fonctionne selon le principe du lavage humide, un procédé emprunté au contrôle de la pollution atmosphérique industrielle. Le système capte les gaz d’échappement provenant des moteurs ou des chaudières du navire et les fait passer à travers une tour de lavage, où les polluants sont absorbés ou neutralisés.

Le processus commence lorsque les gaz d’échappement pénètrent dans l’épurateur, généralement situé dans la cheminée du navire. À l’intérieur de la tour, les gaz sont exposés à un milieu d’épuration — généralement de l’eau pulvérisée sous forme de fines gouttelettes. Le dioxyde de soufre (SO₂), principal composant des SOx, est très soluble dans l’eau et réagit pour former de l’acide sulfureux (H₂SO₃), qui s’oxyde ensuite en acide sulfurique (H₂SO₄). Pour neutraliser cette acidité, des substances alcalines sont ajoutées. Dans les systèmes à base d’eau de mer, l’alcalinité naturelle de l’eau de mer (provenant des bicarbonates) réagit avec l’acide pour former des composés inoffensifs tels que le sulfate de calcium.

Les particules (PM), notamment la suie et les métaux lourds, sont également capturées lorsque le gaz passe à travers le liquide sous forme de bulles ou entre en collision avec les gouttelettes. Les gaz d’échappement épurés, dont la teneur en SOx est désormais réduite jusqu’à 98 %, sont rejetés dans l’atmosphère. L’eau de lavage usée est traitée pour éliminer les contaminants avant d’être rejetée ou recyclée, selon le type de système.

Les principaux composants d’un EGCS sont les suivants :

– Tour de lavage : une cuve verticale ou horizontale où s’effectue le contact gaz-liquide. Elle peut utiliser des matériaux de garnissage ou des buses Venturi pour améliorer le mélange.

– Pompes et buses : destinées à faire circuler et à pulvériser le liquide de lavage à haute pression.

– Systèmes de surveillance et de contrôle : des capteurs mesurent le pH, la turbidité, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les niveaux de nitrates dans l’eau de lavage afin de garantir la conformité aux directives de l’OMI (MEPC.259(68)).

– Unité de traitement des eaux de lavage : Elle comprend des séparateurs, des filtres et des systèmes de dosage de produits chimiques pour traiter les boues et les effluents.

Sur le plan opérationnel, l’EGCS s’intègre au système de gestion des moteurs du navire. Des vannes de dérivation des gaz d’échappement permettent de désactiver le système dans les ports soumis à des restrictions. L’entretien consiste en un nettoyage régulier visant à prévenir la formation d’incrustations dues aux dépôts de sulfate.

Types de systèmes d’épuration des gaz d’échappement

La conception des systèmes EGCS varie en fonction de la consommation d’eau et des méthodes de rejet, ce qui donne lieu à trois types principaux : en boucle ouverte, en boucle fermée et hybride.

Les systèmes en boucle ouverte sont les plus simples et les plus courants. Ils prélèvent l’eau de mer directement dans l’océan, l’utilisent pour le lavage et rejettent l’eau de lavage traitée dans la mer. La capacité tampon naturelle de l’eau de mer neutralise les acides sans ajout de produits chimiques. Ces systèmes sont rentables en pleine mer, mais font l’objet de critiques en raison du risque de pollution des milieux marins par des eaux acides et chargées en métaux. Les réglementations de l’OMI limitent le pH des rejets à une valeur supérieure à 6,5 et imposent des restrictions concernant les HAP et la turbidité.

Les systèmes en circuit fermé font recirculer une solution d’eau douce ou d’eau traitée mélangée à de la soude caustique (NaOH) ou à d’autres alcalis. Les gaz d’échappement sont épurés dans un circuit fermé, avec un rejet minimal : seule une petite purge d’effluent concentré est effectuée, qui est stockée à bord ou traitée à terre. Ce type de système est idéal pour les zones de contrôle des émissions (ECA) ou les ports interdisant les rejets à la mer, car il minimise l’impact environnemental. Cependant, il nécessite le stockage de produits chimiques, une consommation d’énergie plus élevée pour la recirculation et l’élimination périodique des boues.

Les systèmes hybrides combinent les deux approches, permettant aux exploitants de changer de mode en fonction de leur emplacement. En pleine mer, ils fonctionnent en boucle ouverte pour plus d’efficacité ; dans les zones réglementées, ils passent en boucle fermée. Les systèmes hybrides offrent une grande flexibilité, mais leur installation est plus complexe et plus coûteuse.

Le choix dépend de l’itinéraire du navire, du type de carburant et de la réglementation locale. Par exemple, les navires de croisière opérant dans des zones côtières sensibles privilégient souvent les systèmes hybrides.

Avantages des systèmes d’épuration des gaz d’échappement

Les systèmes EGCS offrent plusieurs avantages techniques et économiques. Sur le plan environnemental, ils réduisent considérablement les émissions de SOx, améliorant ainsi la qualité de l’air à proximité des ports et des voies de navigation. Des études montrent une réduction des particules (PM) et du carbone noir, ce qui contribue indirectement aux objectifs climatiques. Pour les armateurs, le principal avantage réside dans les économies de carburant : le fioul lourd (HSFO) est généralement 20 à 30 % moins cher que les alternatives à faible teneur en soufre. Le délai de rentabilité de l’installation peut être aussi court que 2 à 5 ans pour les navires à forte consommation.

D’un point de vue technique, l’EGCS améliore la flexibilité opérationnelle. Il évite les modifications du moteur requises pour certains carburants alternatifs et peut s’intégrer à un système de réduction catalytique sélective (SCR) pour le contrôle des NOx. Les systèmes modernes atteignent un rendement supérieur à 90 %, certains modèles pouvant traiter plusieurs moteurs simultanément.

Inconvénients et défis

Malgré ses avantages, l’EGCS n’est pas sans inconvénients. Les coûts d’installation varient entre 2 et 10 millions de dollars par navire, selon la taille et le type, et impliquent des travaux de modernisation pouvant nécessiter un passage en cale sèche. Les contraintes d’espace sur les navires plus anciens posent des défis, car les épurateurs ajoutent du poids et altèrent la stabilité.

Sur le plan opérationnel, ces systèmes consomment 1 à 2 % de carburant supplémentaire pour les pompes et les ventilateurs, ce qui augmente légèrement les émissions de CO₂, un compromis inévitable dans la lutte pour la décarbonisation. L’entretien est essentiel ; la corrosion due aux environnements acides nécessite l’utilisation de matériaux tels que l’acier inoxydable de haute qualité ou des revêtements spécifiques. Le traitement des eaux de lavage ajoute à la complexité, avec des risques d’amendes pour non-conformité en cas de défaillance des systèmes de surveillance.

Les préoccupations environnementales sont majeures. Les rejets en circuit ouvert peuvent acidifier les eaux de surface et y introduire des toxines, ce qui a conduit à des interdictions dans des ports comme Singapour, la Californie et certaines régions d’Europe. Les systèmes en circuit fermé atténuent ce problème mais génèrent des boues dangereuses nécessitant des installations d’élimination portuaires. Les détracteurs affirment que les EGCS ne font que déplacer la pollution de l’air vers la mer, retardant ainsi la transition vers des carburants plus propres.

Fabricant de systèmes de collecteurs pour bouteilles d’azote en Chine
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Tendances futures et conclusion

Le marché des EGCS évolue rapidement. À l’horizon 2025, plus de 5 000 navires auront installé des épurateurs, la croissance étant tirée par les écarts de prix des carburants. Parmi les innovations, on trouve les épurateurs à sec utilisant des granulés de chaux pour l’absorption des SOx, bien qu’ils soient moins courants dans les applications maritimes. L’intégration avec les systèmes de capture du carbone et les systèmes de carburant à l’ammoniac se profile à l’horizon, s’alignant sur les objectifs de zéro émission nette de l’OMI pour 2050.

Les pressions réglementaires s’intensifient. L’OMI réexamine actuellement les directives relatives aux eaux de lavage, ce qui pourrait déboucher sur l’imposition de traitements plus stricts. Les ports pourraient étendre les zones d’interdiction de rejet, favorisant ainsi les alternatives en circuit fermé ou à zéro émission.

En conclusion, le système d’épuration des gaz d’échappement (EGCS) constitue une technologie de transition essentielle dans la décarbonisation du secteur maritime. En permettant le respect des réglementations sur le soufre, il concilie viabilité économique et protection de l’environnement. Cependant, son rôle à long terme dépend de la prise en compte des impacts des rejets et de sa capacité à accompagner une transition plus large vers un transport maritime durable. Alors que le secteur navigue en ces eaux, l’EGCS met en évidence le point de rencontre entre l’ingéniosité technique et la nécessité réglementaire.

Pour en savoir plus sur le système d’épuration des gaz d’échappement, vous pouvez consulter le site de Jewellok à l’adresse https://www.specialtygasregulator.com/product-category/specialty-gas-cabinet/.