El asentamiento de especies marinas en los barcos tiene como consecuencia sanciones económicas y podría causar daños al medio ambiente. La acumulación de bio-incrustaciones conduce a un aumento de la rugosidad del casco, lo que tiene un impacto directo en el consumo de combustible y, en consecuencia, en la emisión de contaminantes atmosféricos de los barcos, y aumenta el riesgo de translocación de especies no nativas potencialmente invasoras.
La sanción financiera más importante para la industria naval es el aumento en el consumo de combustible debido a los efectos adversos sobre el desempeño hidrodinámico, como se muestra en la tabla 1. Los costos de mantenimiento adicionales surgen del crecimiento de bio-incrustaciones en las tomas de agua de mar, intercambiadores de calor y otros componentes del sistema. El ensuciamiento del casco afecta la eficiencia energética general del buque y, por lo tanto, la capacidad del propietario del buque para cumplir con sus objetivos de reducción de la huella de carbono.
La implementación de la regulación 2020 de la OMI en relación con las emisiones de SOx, que prohíbe el uso de combustible que supere el 0,5% de azufre a menos que la embarcación esté equipada con un sistema aprobado de limpieza de gases de escape (scrubber), es uno de los principales desafíos que enfrenta la industria. El cumplimiento de los límites de azufre, ya sea en forma de modificaciones de depuradores o el uso de combustibles alternativos, tiene un costo significativo. La eficiencia del combustible es fundamental para todos los buques, especialmente durante el período de transición que probablemente se caracterice por la fluctuación del precio del combustible.
Cualquier superficie sumergida en agua de mar se cubre con una película acondicionadora en cuestión de minutos. A esto le sigue el desarrollo de micro-incrustaciones (limo) y macro-incrustaciones (incrustaciones de malezas y animales) en un plazo de dos a tres semanas (fig. 1). La abundancia y riqueza de los organismos incrustantes depende de las condiciones ambientales, como la salinidad de la temperatura del agua de mar, el pH y la disponibilidad de nutrientes, entre otras (figura 2). La tenacidad del ensuciamiento para adherirse al casco depende de la capacidad del revestimiento para controlar el ensuciamiento.
Se espera que la temperatura media de la superficie del mar aumente debido al cambio climático, lo que probablemente aumentará el riesgo de incrustaciones. El control ineficaz de las incrustaciones aumenta la probabilidad de transferir especies no autóctonas y potencialmente invasoras, lo que supone un riesgo para la biodiversidad. La erradicación de especies invasoras es un proceso difícil, lento y costoso. Minimizar las amenazas de bioseguridad que surgen de la translocación de especies no nativas es una preocupación creciente para los gobiernos y los organismos reguladores internacionales en todo el mundo. Hay ejemplos de embarcaciones a las que se les ordenó salir de las aguas territoriales debido a una contaminación biológica excesiva que se consideró una amenaza para la bioseguridad. Tales sucesos provocan retrasos y costos adicionales en términos de demora, manejo de bio-incrustaciones y costo de oportunidad para los propietarios y operadores.
En un intento de proporcionar un enfoque globalmente coherente para la gestión de bio-incrustaciones, en 2011 el MEPC de la OMI adoptó las “Directrices para el control y la gestión de bio-incrustaciones en buques para minimizar la transferencia de especies acuáticas invasoras”. Estos fueron complementados por. “Orientación para minimizar la transferencia de especies acuáticas invasoras como incrustaciones biológicas en el casco para embarcaciones de trabajo”.
Como estas pautas aún no son vinculantes a nivel internacional, algunos profesionales han desarrollado regulaciones nacionales o federales que requieren que se presente evidencia de una estrategia proactiva de manejo de bio-incrustaciones según las recomendaciones de las pautas.
Por ejemplo, en los EE. UU., California requiere que todas las embarcaciones proporcionen un plan de gestión de bio-incrustaciones activo o un libro de registro a partir de enero de 2018, y que presenten un Formulario de informe anual de embarcaciones en la primera visita de cada año calendario. En Nueva Zelanda, la gestión de las bio-incrustaciones se rige por el oficio.
Norma de gestión de riesgos, según la cual todos los buques deben llegar con un “casco limpio”. La definición de casco limpio varía según el itinerario de un barco; por ejemplo, una estancia corta (estancia <21 días) permite una capa de limo, percebes y pequeñas cantidades (<5% de cobertura) de incrustaciones “incidentales”.
Mantener un casco libre de bio-incrustaciones puede ser un desafío y una vez que el casco del barco se ensucia, las opciones disponibles para los propietarios y operadores de barcos son limitadas y pueden ser costosas y llevar mucho tiempo, incluidas las siguientes.
Operaciones en el agua (limpieza):
- La limpieza proactiva en el agua, también conocida como aseo, es una estrategia que están explorando algunos operadores. Sin embargo, las operaciones en el agua deben planificarse y gestionarse cuidadosamente, ya que la frecuencia y el método de limpieza pueden tener un impacto grave en el rendimiento, la longevidad y la integridad del recubrimiento.
- En el agua, las operaciones también están bajo escrutinio por parte de los reguladores debido a preocupaciones con respecto a la contaminación química por la liberación resultante de biocidas. Es probable que los reguladores requieran datos sobre descargas químicas generadas a través de diferentes tipos de operaciones en el agua. Se están introduciendo restricciones y prohibiciones en las operaciones en el agua en diferentes lugares, lo que plantea una complicación adicional para las operaciones de los buques y la dificultad para cumplir con las regulaciones de gestión de bio-incrustaciones en todo el mundo.
Reparaciones en Dique Seco.
La necesidad de que una embarcación esté en dique seco está impulsada por los requisitos reglamentarios y los intervalos de acoplamiento varían según la edad de la embarcación y otros factores. Las reparaciones implican un lavado con agua dulce a alta presión, seguido de chorro de agua a presión ultra alta (UHP) o chorro abrasivo para eliminar cualquier recubrimiento dañado. Una vez que se completa el granallado completo / puntual, se aplican las capas de unión anti-corrosivas y luego las capas de control de incrustaciones. Los recubrimientos eliminados, las incrustaciones y el lodo y la arena de granallado usada deben tratarse como desechos peligrosos. El agua utilizada para el lavado UHP normalmente se filtra, mientras que las latas de pintura gastadas y vacías deben recogerse y tratarse en consecuencia.
Teniendo en cuenta estos factores, es difícil elegir el método apropiado de control de las incrustaciones. Al seleccionar la solución óptima, el rendimiento del recubrimiento ya no se define únicamente por las propiedades de control de la suciedad. Los recubrimientos deben proporcionar un control de incrustaciones confiable y predecible en una variedad de condiciones operativas y, al mismo tiempo, ser capaces de resistir la frecuencia creciente potencial de operaciones en el agua.
“Rendimiento de recubrimiento óptimo”
Es un término relativo definido y entendido de diferentes maneras por las diversas partes involucradas en el proceso. Algunos ejemplos de algunos de los parámetros utilizados para definir el “rendimiento del recubrimiento” incluyen:
- Para los propietarios de barcos, rendimiento predecible y costo mínimo asociado con la gestión de bio-incrustaciones y el consumo de combustible, mantenimiento reducido del casco y limpieza de emergencia debido a restricciones.
- Para los reguladores, riesgo mínimo de trasladar especies invasoras y contaminar las aguas territoriales, bajos niveles de emisión; y
- Para los astilleros / aplicadores, un proceso de recubrimiento simplificado para mejorar la productividad, facilidad de reparación, tiempo mínimo de inmersión en varios tipos de entornos (agua dulce y agua de mar), buen rendimiento estático durante los períodos de salida, los astilleros tienden a ser reacios a modificar un proceso de recubrimiento para acomodar un nuevo producto o proceso a menos que beneficie sus actividades de producción. Debido a la cantidad de factores que afectan el desempeño del recubrimiento en términos de control de incrustaciones, el proceso de selección se vuelve crucial ya que el desempeño y las propiedades de los productos existentes deben entenderse y ajustarse al patrón comercial de cada barco para lograr un desempeño óptimo en servicio.
TECNOLOGÍA LIBRE DE BIOCIDOS
El control de incrustaciones se logra utilizando tecnologías libres de biocidas y recubrimientos biocidas. Los tipos de tecnologías libres de biocidas actualmente disponibles incluyen recubrimiento anti-adherente, recubrimientos duros, tecnologías ultrasónicas y más, y sus características son las siguientes.
Los recubrimientos de liberación de incrustaciones (FRC) se basan típicamente en una matriz de silicona y se caracterizan por su baja energía superficial y naturaleza elastomérica, que evita la adherencia de incrustaciones. Sin embargo, los FRC han sido propensos a ensuciarse con limo, lo que aún puede tener un efecto significativo en el rendimiento de la embarcación.
Los FRC son más adecuados para embarcaciones más rápidas y de alta actividad, aunque los productos desarrollados recientemente afirman un rendimiento mejorado a velocidades más bajas. El proceso de aplicación de recubrimientos a base de silicona también puede ser un desafío debido a la necesidad de enmascaramiento y uso de equipo de aplicación dedicado, lo que agrega tiempo y costo a la operación. Como resultado, muchos astilleros todavía se muestran reacios a aplicar FRC, especialmente en las nuevas construcciones.
Recientemente, se ha adoptado un enfoque diferente que incorpora un biocida en la formulación de FRC. Se afirma que este enfoque reduce los problemas asociados con la adherencia del limo y proporciona un rendimiento mejorado en periodos estáticos prolongados.
Los recubrimientos duros se basan típicamente en tecnologías de epóxido y éster de vinilo y no contienen biocidas y se ensucian con relativa rapidez. Debido a sus buenas propiedades mecánicas, pueden someterse a operaciones regulares en el agua (limpieza o aseo) sin dañar la integridad del recubrimiento. Estos recubrimientos ofrecen una buena resistencia a la abrasión y son adecuados para climas fríos y navegación en pasajes de agua propensos al hielo. Sin embargo, debido a las restricciones y prohibiciones regionales y locales, planificar y ejecutar operaciones regulares de limpieza en el agua puede ser un desafío para los buques que no operan en una ruta fija.
Otras tecnologías libres de biocidas incluyen el uso de tecnologías ultrasónicas. Luces UV y aireación del casco. A pesar de los resultados prometedores en algunos casos, las tecnologías alternativas varían en el nivel de preparación con desafíos relacionados con la ampliación, el mantenimiento y los requisitos de energía adicionales. Además, algunas de las tecnologías pueden no ser adecuadas para la totalidad del casco submarino.
Dado que superar estos desafíos requiere tiempo y esfuerzos continuos de I + D, es probable que los recubrimientos líquidos y especialmente los recubrimientos biocidas continúen dominando este mercado y sean la solución de prevención de incrustaciones preferida en el futuro previsible.
BIOCIDAS
Los biocidas en los recubrimientos anti-incrustantes evitan la fijación de diferentes tipos de incrustaciones (animales, malas hierbas y limo) en el casco submarino. Para ser eficaz en toda la gama de organismos incrustantes, generalmente se usa una combinación de biocidas.
Un paquete de biocidas típico comprende una mezcla de un biocida inorgánico (óxido cuproso) y uno o más biocidas de refuerzo (orgánicos y / u organometálicos) para que sea eficaz en un espectro de organismos objetivo. La salinidad, la temperatura y el pH del agua de mar son algunos de los factores que pueden influir en la eficacia de las combinaciones de biocidas.
A lo largo de los años, las preocupaciones ambientales sobre el uso de óxido cuproso han llevado a los profesionales a investigar su reducción o reemplazo en el recubrimiento anti-incrustante. En algunos lugares, los reguladores han establecido límites de velocidad de liberación de cobre como parte del proceso de registro para el recubrimiento. Por ejemplo, en California, la tasa máxima de lixiviación de cobre permitida para los productos de embarcaciones de trabajo es de 9,5 ug / cm2 por día. En Washington, se está discutiendo la prohibición del uso de anti-incrustantes a base de cobre en embarcaciones de trabajo.
La selección del biocida de refuerzo es fundamental, ya que determinará la eficacia de los recubrimientos anti-incrustantes contra la suciedad y las malas hierbas. También se ha encontrado que algunos biocidas de refuerzo tienen algún efecto contra los percebes, lo que puede conducir a una reducción potencial en la cantidad de óxido cuproso utilizado en la formulación.
Idealmente, el biocida se desarrollaría específicamente para el mercado de anti-incrustantes. Sin embargo, muchos de los biocidas de uso actual se han desarrollado para otros mercados, como la industria agrícola, y luego han encontrado usos adicionales en recubrimientos anti-incrustantes.
RECUBRIMIENTOS BIOCIDALES
En términos muy generales, un recubrimiento biocida comprende un sistema de resina soluble o parcialmente soluble que contiene una mezcla de biocidas eficaces contra una amplia gama de organismos incrustantes. Los recubrimientos biocidas se diferencian principalmente por el sistema de resina utilizado, también denominado “mecanismo de administración”, y el nivel y tipo de biocidas. La solubilidad del sistema de resina y la eficacia de los biocidas utilizados son los parámetros clave que determinan el rendimiento general del recubrimiento.
Los recubrimientos biocidas anti-incrustantes son la tecnología más utilizada para el control de las incrustaciones. Por lo general, son bastante eficaces contra las incrustaciones, pero aún no se ha formulado el recubrimiento perfecto. Los productos actuales se beneficiarían de un rendimiento anti-incrustante mejorado durante períodos estáticos prolongados.
Los dos tipos más antiguos de recubrimientos biocidas son los polímeros de agotamiento controlado (CDP) y los copolímeros autolimpiantes (SPC). En la figura 3 se muestra una comparación de sus velocidades de liberación de biocidas. Más recientemente, se han introducido sistemas híbridos. Éstos son efectivamente una combinación de tecnologías CDP y SPC.
Los CDP utilizan una combinación de resina soluble (típicamente colofonia) y una resina insoluble. La variación de la proporción de material soluble a insoluble permite ajustar la velocidad de disolución y, por tanto, la velocidad de liberación de biocida. Esto permite que el revestimiento anti-incrustante se adapte al patrón comercial del barco. Una vez en el agua, la resina soluble comienza a disolverse y el biocida se filtra al agua de mar circundante, dejando una zona agotada (resina insoluble) en la superficie. Esto se llama capa de lixiviación. El grosor de la capa de lixiviación aumenta con el tiempo, lo que ralentiza la liberación de biocida hasta un punto en el que ya no es tan eficaz para prevenir las incrustaciones. Este punto se alcanza típicamente después de tres años.
Los sistemas aglutinantes SPC más comunes se basan en acrilato de cobre, acrilato de zinc, acrilato de sililo o metacrilato de sililo. Estos sistemas de resinas se disuelven o “pulen” de forma controlada mediante una reacción química con el agua de mar, manteniendo una capa de separación de sustancias de espesor constante. Esto da como resultado una tasa de liberación de biocida controlada y un rendimiento de control de incrustaciones predecible. Al igual que con los CDP, el paquete de selección cuidadoso permite un ajuste fino de los sistemas para que coincidan con los requisitos de control de incrustaciones de los barcos. Seleccionar el producto correcto da como resultado una prevención de incrustaciones a largo plazo de hasta 5 a 7,5 años en algunos casos.
Los anti-incrustantes híbridos son mezclas cuidadosamente formuladas de tecnologías CDP y SPC, que equilibran el rendimiento máximo con los costos. Los nuevos desarrollos en biocidas de refuerzo ampliarán la gama de opciones abiertas al formulador y ayudarán en el desarrollo de recubrimientos anti-incrustantes con un rendimiento predecible. Sin embargo, recientemente se han comercializado pocos biocidas nuevos debido a los costos generales y al marco de tiempo que implica el registro y la prueba de rendimiento.
Registrar una formulación anti-incrustante
Los nuevos biocidas y cualquier recubrimiento anti-incrustante que los contenga deben pasar por el proceso de registro. Tanto las sustancias activas biocidas nuevas como las existentes deben registrarse, normalmente por parte del fabricante, en los lugares donde se vayan a utilizar biocidas (pinturas anti-incrustantes). Sin embargo, los extensos requisitos de expedientes reglamentarios son costosos y existe una falta de uniformidad entre los países.
Una vez concedido, el registro se revisa periódicamente. En Europa, la revisión / renovación de biocidas se rige por el Reglamento de Biocidas y varía de 5 a 10 años dependiendo del tipo de aprobación obtenida. Las sustancias activas que no están clasificadas como candidatas a sustitución se aprueban hasta por 10 años, y las sustancias activas clasificadas como candidatas a sustitución se aprueban hasta por 7 años (o 5 años cuando cumplen uno o más criterios de exclusión).
- Las sustancias activas biocidas (óxido de cobre y biocidas de refuerzo) están bajo presión regulatoria, y algunas pueden no renovarse en el futuro, pueden estar restringidas o aprobadas en un período de tiempo más corto si cumplen con uno de los siguientes criterios de exclusión:
- Sustancias cancerígenas, mutágenas y reprotóxicas categorías 1A o 1B según el reglamento de clasificación, etiquetado y envasado;
- Sustancias persistentes, bioacumulativas y tóxicas;
- Disruptores endocrinos; y
- Sustancias muy persistentes y muy bioacumulativas
Por tanto, es muy probable que disminuya en el futuro la gama de sustancias activas biocidas de que disponen los formuladores para desarrollar nuevas pinturas anti-incrustantes.
Al igual que los biocidas, los recubrimientos anti-incrustantes deben registrarse en el lugar donde se vayan a utilizar. En este caso, el registro normalmente lo lleva a cabo el fabricante de la pintura. Es poco probable que los fabricantes de pinturas asuman los gastos del registro de pinturas sin un beneficio de rendimiento, medioambiental o de costes o sin la necesidad de sustituir una sustancia activa biocida que ya no está aprobada o no está disponible.
Para demostrar el rendimiento anti-incrustante y convencer a los armadores y operadores, la pintura anti-incrustante debe probarse en diferentes condiciones ambientales durante un período significativo (generalmente> 3 años) en múltiples parches de prueba y aplicaciones de embarcaciones completas. El plazo y el alcance de las pruebas dependerán de si se trata de un nuevo desarrollo o una modificación de un producto actual. El costo reglamentario para los fabricantes de pintura puede variar mucho según el plazo de aprobación de la sustancia activa obtenido (de 5 a 10 años)
INNOVACIÓN PROMETEDORA
Tanto la industria de los recubrimientos como la industria de los biocidas han estado trabajando en enfoques innovadores para optimizar la entrega controlada de sustancias biocidas. Uno de estos enfoques, la tecnología de encapsulación, es una innovación prometedora para la liberación controlada de biocidas, para maximizar el rendimiento de la pintura mientras se gestiona el riesgo para el hombre y el medio ambiente.
La tecnología de encapsulación puede ofrecer:
- Una tasa de liberación de biocidas más lineal y predecible entre los intervalos de dique seco;
- Tasas de liberación más bajas y controladas que brindan pinturas anti-incrustantes marinas más sostenibles para el medio ambiente al tiempo que brindan un rendimiento completo contra los organismos objetivo:
- Reducción de la biodisponibilidad de sustancias peligrosas en las pinturas anti-incrustantes para proporcionar productos más seguros durante el almacenamiento, la manipulación y la aplicación por pulverización; o
- Mejoras en las evaluaciones generales de riesgos ambientales y humanos a nivel de autorización de productos, lo que hace que la tecnología encapsulada sea una solución más regulatoria y sostenible para la industria.
CONCLUSIONES
Los armadores y los operadores están bajo una presión cada vez mayor para controlar los costos y cumplir con las emisiones al aire y al mar. Como parte de este cumplimiento, deben confiar en el control de incrustaciones basado en recubrimientos libres de biocidas o biocidas, que cumplan con las regulaciones nacionales e internacionales.
Si bien los sistemas de liberación de suciedad continúan funcionando de manera efectiva solo en ciertos sectores y vienen con requisitos de aplicación complejos asociados, es probable que las opciones de biocidas sigan siendo dominantes en el mercado a corto y mediano plazo.
Con la gama disponible de biocidas registrados potencialmente reduciéndose año tras año, las empresas de pintura necesitan acceso a nuevos biocidas para desarrollar revestimientos de cascos submarinos nuevos y más predecibles. Los armadores pueden ayudar con esto trabajando en estrecha colaboración con los proveedores de pintura para ayudar a llevar al mercado soluciones de control de incrustaciones nuevas, innovadoras y más sostenibles.
En este contexto, existe una clara necesidad de innovación continua para garantizar la innovación continua para garantizar la disponibilidad de nuevos materiales respetuosos con el medio ambiente que permitan el desarrollo de nuevos productos para la industria marina.
