• assorbimento NOx
• diesel engine
• emissioni
• emissions
• IMO
• motore diesel
• nitrogen oxides
• non catalytic reduction
• NOx
• NOx absorbent
• ossidi di azoto
• plasma
• riduzione non catalitica
• SCR
• Tier
• yacht

Sommario:
La presente tesi è frutto di una collaborazione dell’Università di Pisa con le aziende Sanlorenzo Yachts S.p.A. e Laboratori Archa S.r.l. riguardo alla possibilità di utilizzare la tecnologia del plasma non termico per la riduzione degli NOx causati dai motori degli yacht.
Fino al 2020 i limiti sulle emissioni imposti dall’Organizzazione Marittima Internazionale riguardavano le imbarcazioni con stazza lorda maggiore di 500 t. A partire dal gennaio 2021 tali limitazioni sono state estese alle imbarcazioni con lunghezza superiore ai 24 m e stazza lorda inferiore alle 500 t, andando ad includere il settore dei grandi yacht.
Questi ultimi adottano motorizzazioni Diesel ad alta potenza specifica che, in assenza di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico, non rientrano nei limiti di emissioni di NOx sopracitati. L’unico sistema di abbattimento attualmente disponibile sul mercato conforme alle norme antinquinamento è il catalizzatore SCR, che però presenta costi elevati, necessita di ampi spazi in sala macchine ed ha bassa efficienza sui gas di scarico “freddi” (con temperatura inferiore ai 250°C). Data l’importanza degli spazi ed il prevalente utilizzo di bassi carichi motore, l’SCR si è dimostrato inadeguato sugli yacht, aprendo la strada a metodologie alternative per la riduzione degli NOx, tra cui il loro assorbimento in soluzioni acquose.
Gli ossidi di azoto presenti nei gas di scarico sono perlopiù insolubili in acqua, ma la loro solubilità aumenta con lo stato di ossidazione; è quindi possibile abbatterli dopo averli ossidati. Nel presente studio viene utilizzato il plasma freddo come agente ossidante. Questo tipo di plasma è costituito da un gas ionizzato i cui elettroni vengono accelerati e raggiungono elevate temperature, mentre le altre specie restano a temperatura ambiente. L’alta energia acquisita dagli elettroni del plasma porta alla formazione di specie fortemente reattive che, in presenza di ossigeno, esercitano una forte azione ossidante sul flusso di gas che vi entra in contatto. Avvenuta l’ossidazione, gli ossidi di azoto possono essere disciolti in soluzione acquosa sotto forma di nitriti, riducendo il loro rilascio in atmosfera.

Abstract:
This thesis is the result of the cooperation between the University of Pisa and the companies Sanlorenzo Yachts S.p.A. and Laboratori Archa S.r.l. about the possibility of using non-thermal plasma technology in order to reduce the NOx caused by yacht’s engines.
Until 2020 emission’s limits enforced by the International Maritime Organization (IMO), were concerned with boats whose tonnage was bigger than 500 t. Since January 2021 these limitations have been extended to the boats with a length exceeding 24 m and a gross tonnage under 500 t, therefore including the big yachts sector.
Yachts adopt high specific power Diesel engines which, in the absence of post-treatment exhaust gas systems, cannot respect the NOx emission limits imposed by the IMO. The only post-treatment system currently available on the market and compliant with anti-pollution rules, is the SCR catalyst. However, this catalyst is expensive, needs large spaces in the engine room, and has low efficiency on “cold” exhaust gas (with a temperature below 250°C). Given the importance of the internal spaces and the predominant use of low engine loads, the SCR does not prove to be adequate on yachts. Accordingly, alternative technologies for the reduction of NOx, such as the NOx absorption methods in water solutions, are rising.
The nitrogen oxides released by Diesel engines are not soluble in water, but their solubility rise with the oxidation state, hence they could be eliminated after an oxidation process. In this work, the non-thermal plasma is used as oxidant agent. This kind of plasma is an ionized gas whose electrons are accelerated by an electric field and reach high temperatures, while other species remain at room temperature. The electrons’ high energy leads to the formation of strongly reactive species which, in presence of oxygen, exert a strong oxidant action on the flue gas passing through the plasma. After the oxidation, nitrogen oxides could be absorbed by a water solution as nitrites, consequently reducing their release into the atmosphere.