Simulation of slaked lime discharge in the wake of a ship

From the 19th century scientists started identifying the noxious effects of natural greenhouse gases, but only in recent years climate change is starting to be recognized as a problem of international attention. Signing the Paris Agreement in 2015, the United Nations committed themselves to limit the global temperature increase under the +2°C of pre-industrial levels, sharing the responsibility to develop new technologies for the CO2 emissions reduction and for the decreasing of carbon dioxide concentration in the atmosphere. In this context, ocean liming (OL) is gaining more and more interest in the scientific community because of its purpose to obtain negative CO2 emissions. Different negative emission technologies (NETs) have been studied, but the dispersion of lime (Ca(OH)2) into the ocean presents the advantage of increasing the ocean alkalinity, contrasting the problem of acidification. Being a technical process still under investigation, this project objective is to better understand it and to simulate the discharging of the slaked lime in a ship wake, with particular attention to environmental aspects. With good agreement with experiments, the flow in the far wake region assumes a self similar behaviour and solutions for the slaked lime dispersion are already available in literature. Instead in the near wake the flow is mainly controlled by the geometry of the ship and by the presence of the propeller, self similar solutions can not be applied and no model for the slaked lime dilution is known. The computational fluid dynamics (CFD) has became an useful tool to study complex problems, so the pourpose is to simulate the flow behaviour with the open source software OpenFOAM and understand how the slaked lime particles behaves in the near wake of a ship.

Nonostante alcuni scienziati a partire dal diciannovesimo secolo avessero già iniziato ad approfondire gli effetti nocivi generati dai gas serra, solo recentemente i cambiamenti climatici hanno catturato l’attenzione internazionale. Le Nazioni Unite, firmando l’accordo di Parigi nel 2015, hanno preso l’impegno di limitare l’aumento delle temperature sotto i +2°C rispetto ai livelli preindustriali. Questo implica lo sviluppo di nuove tecnologie per la riduzione delle emissioni di CO2 e la diminuzione della concentrazione di biossido di carbonio nell’atmosfera. In questo ambito diverse tecnologie sono state studiate per generare emissioni negative. Tra queste la dispersione di idrossido di calcio nell’oceano sta guadagnando sempre più interesse da parte della comunità scientifica. Infatti, lo scarico di calce (Ca(OH)2) nell’oceano presenta il vantaggio di riuscire anche ad aumentare l’alcalinità delle acque, combattendo il problema dell’acidificazione. La tecnica è ancora da esplorare ma questo progetto si pone l’obbiettivo di approfondire le relative tecnologie e di simulare la dispersione dell’idrossido di calcio nella scia di una nave, ponendo grande attenzione sugli aspetti ambientali. In accordo con gli esperimenti, il flusso nella porzione di scia più distante dalla chiglia assume un comportamento autosimile e le soluzioni per la dispersione di Ca(OH)2 sono già presenti in letteratura. Per quanto riguarda la zona vicino alla chiglia invece, il flusso è principalmente controllato dalla geometria della nave e dalla presenza del motore, le soluzioni autosimili non possono essere utilizzate e non è ancora presente un modello per il comportamento della calce in scia. La fluidodinamica computazionale è diventata uno stumento potente per lo studio di problemi complessi, per questo è stato deciso di applicarla tramite il software OpenFOAM simulando il flusso nella scia di una nave e cercando di capire meglio come le particelle di calce idrata si dissolvono in questa zona.