A rotina diária – impurezas e desgaste do motor, Parte 1

Um novo regime regulatório, que entra em vigor no início de 2020, trará mudanças radicais para a variedade e a disponibilidade de combustíveis navais em todo o mundo. Para os operadores de navios, a operação confiável e segura de motores inevitavelmente exigirá maior compreensão e estratégias de manuseio de combustível mais sofisticadas do que hoje. A escala do próximo desafio é - mesmo agora - impossível prever com precisão. Mas o sucesso que os operadores de navios têm em evitar problemas será em grande parte reduzido às ações que tomarão nos próximos meses.

Combustíveisem fluxo

Em 1º de janeiro de 2020, a indústria marítima mundial entrará na era do baixo teor de enxofre, na que será a maior reviravolta regulatória do setor desde as convenções MARPOL 73/78, e uma das maiores mudanças operacionais que já enfrentou. A partir desse dia, todas as remessas terão de cumprir o limite rigoroso de 0,50% (massa/massa) da Organização Marítima Internacional (IMO) sobre o enxofre nos combustíveis.

O limite de 0,50 por cento é consideravelmente menor do que o atual limite de 3,50 por cento introduzido em 2012 e é adicional ao limite de 0,10 por cento nas Áreas de Controle de Emissões (ECA). Enquanto a OMI descreve corretamente o novo limite como uma vitória para o meio ambiente e para a saúde humana, para a indústria naval, está se configurando como uma grande dor de cabeça. Porque, infelizmente, a remoção de um risco ambiental significa a introdução de um mecanismo mecânico, ou seja, finos de gatos - pequenas partículas que, se não forem capturadas, podem causar estragos nos motores.

O óleo combustível marinho nunca foi o que se poderia descrever como uma substância glamourosa. A partir do petróleo bruto, os refinadores destilam e extraem produtos de alto valor do topo da coluna de destilados. De gases e gasolina, até combustível de aviação e diesel, e óleos lubrificantes, até que o que resta - um resíduo preto espesso - é usado para abastecer navios e produzir betume. Não é bonito, mas literalmente ajudou a criar o mundo moderno.

O problema com o enxofre

Quando os motores queimam combustíveis fósseis, eles liberam óxidos de enxofre (SOx), que, na atmosfera, contribuem para uma série de problemas de saúde e ambientais, como doenças respiratórias em pessoas e animais, e acidificação do solo e da água.

O enxofre ocorre naturalmente em todo o óleo cru e é encontrado em concentrações mais altas nas frações residuais de maior ponto de ebulição do processo de destilação. Isso significa que, a partir de 2020, a produção de combustível precisará mudar para lidar melhor com esse enxofre, e os operadores de navios enfrentarão escolhas de combustível mais complexas do que nunca.

Os navios que operam com gás natural liquefeito (GNL) não terão problemas para cumprir - mas os navios de GNL representam uma pequena fração da frota global e devem permanecer assim por décadas, devido aos altos custos de investimento e à falta de infraestrutura de fornecimento. Muitos outros navios continuarão a queimar óleo combustível com alto teor de enxofre (HSFO), contando com tecnologia de depuração para limpar seus gases de escape a um nível compatível. Mas, para a maioria da frota, 2020 e além significará escolher entre uma gama crescente de destilados com baixo teor de enxofre, misturas e, em menor extensão, novos combustíveis feitos a partir de óleos vegetais.

2020 muda tudo

Cada novo tipo de combustível introduzirá uma série de variáveis operacionais e econômicas a considerar. A exploração de todas essas variáveis é assunto de um artigo separado, embora seja importante notar que as variações de viscosidade, lubricidade e temperatura têm profundas implicações para a operação segura e confiável dos motores, bombas e outros equipamentos.

Destaqueem catalisadores

Mas, de todas as variáveis presentes na era do baixo teor de enxofre, talvez a mais potencialmente prejudicial seja a presença de cat fines. Embora os catalisadores, há muito tempo, um fato conhecido, mas administrável, para o transporte marítimo, a próxima era de baixo teor de enxofre colocará um novo foco sobre eles como um fator de risco crescente para os motores dos navios e para os orçamentos dos operadores.

Então, o que são eles?

Comosão formados os cat fines

As refinarias modernas primeiro usam a destilação atmosférica e a vácuo para remover os produtos mais voláteis e de maior valor do topo da coluna de destilação. Eles então "quebram" o petróleo bruto restante em suas várias frações usando processos térmicos e catalíticos. No craqueamento catalítico, o refinador adiciona catalisadores físicos para quebrar as moléculas de óleo.

Os catalisadores usados são várias formas de zeólitos cristalinos sintéticos - compostos minerais de alumínio e silício que são altamente porosos e extremamente duros.

Os catalisadores são caros e as refinarias recuperam e reutilizam o que podem. Mas, além de certo ponto, não é mais prático - nem há incentivo econômico - para a refinaria se esforçar mais. Os cat fines são as partículas que ficam para trás. Eles permanecem no combustível do bunker. E eles são bombeados em seus navios.

Estabelecimento de padrões de combustível

As especificações de combustível naval são definidas pela norma internacional ISO 8217, que limita a concentração cat fines em combustível de bunker. O combustível produzido sob a versão atual do padrão é limitado a 60 partes por milhão (ppm). Este limite é fundamentalmente um compromisso - se fosse definido menor, a oferta global de óleos de bunker não poderia mais ser garantida. Mas, mesmo a 60 ppm, os catalisadores representam um grande problema para os motores, e fabricantes, como a MAN e a Wärtsilä, recomendam que o combustível que entra nos motores tenha uma concentração de catalisadores de 15 ppm ou menos.

A natureza dos cat fines

Fisicamente, os cat fines são de forma irregular e, em combustível de bancas, variam de tamanho sub-micron até cerca de 100 mm - grosso modo, do tamanho de uma partícula de poeira até a largura do cabelo humano. Sua densidade também varia, mas geralmente é ligeiramente superior à do óleo combustível pesado (HFO). Os catalisadores maiores se instalarão no petróleo, mas pequenas partículas com baixas densidades não o farão.

De todas as propriedades físicas de cat fines, porém, o mais problemático para os navios é a dureza. Os catalisadores são extremamente duros - medindo até 8,2 na escala de Mohs, onde o diamante é 10 - e facilmente capaz de arranhar e ficar embutido em superfícies de aço.

O dano que eles fazem

Quando os cat fines passam através de um injetor, eles podem ficar presos entre o revestimento do cilindro e o anel do pistão, uma folga de cerca de 3-5 μm. Qualquer partícula maior do que isso pode causar abrasão. Com cada golpe do pistão, o cat fine será triturado através das superfícies lisas, esculpindo faixas que se acumulam com o tempo. Bombas de combustível, injetores, válvulas e outros componentes também estão em risco. E até mesmo as partículas menores podem causar danos significativos.

É tentador pensar nesse tipo de dano abrasivo como desgaste mecânico normal de longo prazo. E em muitos casos, isso pode ser tudo o que isso significa. Mas catalisadores em altas concentrações também podem causar danos agudos e catastróficos em um período notavelmente curto.

Um relatório disponível on-line descreve um ataque de cat fine que paralisou um motor em apenas 100 horas de uso. Quando o motor foi desmontado, os engenheiros descobriram que "todos os pistões e revestimentos foram totalmente destruídos e tiveram que ser trocados".

Nem é preciso dizer que os danos desta natureza são extremamente caros, com relatos de reclamações que vão de USD 300.000 a USD 1,5 milhões. Isso, por sua vez, faz com que os catalisadores não sejam apenas um problema para os operadores, mas também uma grande preocupação para o mercado de seguros.

Um problema adormecido que está voltando

Os cat fines não são um problema novo. O cracking catalítico tornou-se generalizado na década de 1970, à medida que os preços crescentes do petróleo forçavam as refinarias a extrair produtos mais valiosos do petróleo bruto. Como resultado, os primeiros relatos de danos causados por catalisadores começaram a fluir nos anos 80. Embora seja sempre um desafio remover os catalisadores no mar, o equipamento de bordo para reduzir os níveis de contaminação (que discutiremos na Parte 2 deste artigo é baseado em tecnologias maduras e bem compreendidas).

Infelizmente, essa familiaridade levou a um certo nível de complacência no setor. Se, como esperado, a contaminação por catalisadores se tornar mais comum após 2020, essa complacência pode ser extremamente cara para os operadores que não atualizam seus conhecimentos e práticas.

Um recente artigo na Marine Propulsion deve ser o suficiente para chocar muitos operadores para que atentem novamente para isso. O artigo citou uma análise da ExxonMobil de mais de 400.000 amostras de óleo, que revelaram que 43% dos navios têm um problema potencialmente catastrófico com cat fines. Mesmo que apenas uma fração desses possíveis problemas seja percebida, ainda há muito dinheiro, tempo e interrupções em jogo.

Também foi relatado que, em um período de três anos, a equipe PrimeServ da MAN descobriu que os catalisadores estavam implicadas em 190 de 226 casos (84%) de danos no revestimento do cilindro.

Como descrevemos acima, os cat fines são um subproduto da remoção de fissuras e enxofre. Quanto mais os óleos são craquelados e o enxofre é removido, maior é o nível de catalisador. Como Paul Hill, da Braemar, expressou sucintamente: "É um trade-off fundamental entre o motor e o ambiente. Você não pode ter baixo teor de enxofre e baixa quantidade de catalisadores."

Com o OPEC World Oil Outlook 2040 prevendo que 138 milhões de toneladas por ano de capacidade adicional de craqueamento serão adicionadas entre 2017 e 2022, podemos ter certeza de consideravelmente mais catalisadores entrando nos bunkers do mundo.

Somando-se ao problema dos níveis mais altos de felinos, observações anedóticas sugerem que novos catalisadores entrando em produção estão produzindo ainda mais cat fines, tornando-os combustíveis. E se isso não bastasse, os combustíveis com baixo teor de enxofre também tendem a ser menos lubrificantes do que os óleos pesados, o que significa que a abrasão é exacerbada.

Um efeito colateral das atuais capas de enxofre é que os níveis de cat fines - e danos associados - aumentaram significativamente. A intensificação do cumprimento até 2020 poderá elevar o problema a um nível totalmente novo. O Serviço de Assessoria e Análise de Combustível (FOBAS) da Lloyd's Register monitora a qualidade do bunker em portos em todo o mundo e emite alertas quando surgem problemas. Os operadores devem, obviamente, prestar muita atenção a esses e outros relatórios. Mas é importante notar que o dano causado por catalisadores pode ocorrer mesmo quando o combustível é totalmente compatível com a norma ISO 8217.

O que isso tudo significa é que um problema antigo está assumindo novas dimensões. Na Parte 2 de nossa discussão sobre catalisadores, analisaremos as soluções e discutiremos como as operadoras precisarão acelerar seu jogo ou enfrentar custos significativos.