Морской транспорт остаётся одним из ключевых источников загрязнения атмосферы: тяжёлое топливо, которым заправляют суда, даёт огромные выбросы оксидов азота, серы и углекислого газа. В ответ на это Международная морская организация требует от отрасли резко сократить «углеродный след» к 2050 году. Одно из самых перспективных решений — переход на сжиженный природный газ (СПГ). По сравнению с мазутом он снижает выбросы оксидов азота до 90%, а твёрдых частиц и оксидов серы — практически на 100%, причём углекислого газа становится меньше почти на треть.
Казалось бы, экологическая победа. Однако и у СПГ есть скрытая проблема: часть газового топлива не сгорает в двигателе полностью, и в выхлопе оказываются остатки углеводородов, которые тоже вредны. Чтобы контролировать их концентрацию в режиме реального времени, российские учёные из Морского университета им. адмирала Ушакова и Санкт-Петербургского политеха предложили остроумную и недорогую систему.
Вместо сложных и дорогих лазерных устройств они использовали обычные инфракрасные светодиоды — такие же, как в пультах дистанционного управления, но настроенные на нужную длину волны (3,39 микрометра). Принцип прост: молекулы не сгоревших углеводородов активно поглощают инфракрасное излучение, и по тому, насколько ослабел световой луч, можно точно определить, сколько вредных газов осталось в выхлопе. Система двухлучевая — один канал измеряет пробу, другой служит эталоном, что позволяет компенсировать влияние влаги, температуры или загрязнения оптики.
Разработку проверили в лаборатории на смесях метана (основного компонента СПГ) и пентана, а также откалибровали по эталонной молекуле н-гексана. Сравнение с классическим газовым хроматографом показало, что погрешность новой системы не превышает 23–25%, что полностью соответствует жёстким санитарным нормам ГОСТ для газоаналитического оборудования. Главные же достоинства метода — дешевизна, малые масса и габариты. Инфракрасные диоды стоят значительно меньше лазеров, а саму систему можно встроить в уже существующие судовые механизмы без капитальной перестройки.
Таким образом, капитаны и экипажи смогут в реальном времени видеть, насколько полно сгорает газ в двигателях, и вовремя корректировать режим работы, чтобы выбросы оставались минимальными. А это — ещё один шаг к тому, чтобы даже огромные океанские суда стали по-настоящему зелёным транспортом.
Исследование опубликовано в журнале «Морские интеллектуальные технологии»
