Μελλοντικά καύσιμα πλοίων: Κόψτε τον καπνό

Με τον Γεώργιο Πλευράκη, ABS11 Φεβρουαρίου 2020
© JEGAS RA / AdobeStock
© JEGAS RA / AdobeStock

Οι πλοιοκτήτες αντιμετωπίζουν όλο και περισσότερο πολύπλοκες επενδυτικές αποφάσεις, καθώς προσπαθούν να ακολουθήσουν την πιο αποδοτική πορεία προς το μέλλον με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Από τότε που ο ΔΝΟ έθεσε τους φιλόδοξους στόχους μείωσης εκπομπών του κλάδου για τα έτη 2030 και 2050, οι ιδιοκτήτες έχουν πλημμυρίσει με πληροφορίες σχετικά με τα μελλοντικά καύσιμα και τις τεχνολογίες που μπορεί ή τελικά να μειώσουν τα αποτυπώματα άνθρακα του στόλου τους.

Ορισμένες από τις νέες τεχνολογίες έχουν υπόσχεση, αλλά η καθημερινή βιωσιμότητα πολλών από αυτές παραμένει αναπόδεικτη. το ίδιο μπορεί να λεχθεί και για πολλά από τα δυνητικά καύσιμα. Και για τα δύο, τα χρονοδιαγράμματα ωριμότητας ποικίλλουν τόσο ευρέως όσο οι προοπτικές λύσεις. Ωστόσο, σε αυτούς τους αβέβαιους καιρούς, ορισμένοι ιδιοκτήτες αντιμετωπίζουν πλέον μακροπρόθεσμες επενδυτικές αποφάσεις για νέα πλοία.

Ωστόσο, οι αποφάσεις μπορεί να είναι λιγότερο περίπλοκες από ό, τι φαίνονται. Το φάσμα των διαθέσιμων λύσεων καυσίμων είναι ευρύ, αλλά εξετάζοντας κάθε τεχνολογία - κινητήρες, συστήματα τροφοδοσίας καυσίμων, αποθήκευση, συγκράτηση κ.λπ. - προκύπτουν ταξινομίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απλούστευση της λήψης αποφάσεων.
Μόλις κατηγοριοποιηθούν, όλες οι τεχνολογίες γενικής εφαρμογής (συμπεριλαμβανομένων των καυσίμων) πρέπει να αξιολογηθούν για την ωριμότητα (ετοιμότητα αγοράς) και για το δυναμικό μείωσης του άνθρακα βραχυπρόθεσμα, μεσοπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα.

Στην πραγματικότητα, υπάρχουν τρεις οδοί καυσίμων έως το 2030 και εξής: Το LNG ή το μονοπάτι "ελαφρού αερίου". το μονοπάτι LPG / μεθανόλης (ή αλκοόλης) "βαρύ αέριο". ή το μονοπάτι «βιο / ς συνθετικού καυσίμου». Κανένα από αυτά δεν είναι αμοιβαία αποκλειστικά.

Οι δύο πρώτες τεχνολογικές οικογένειες έχουν ήδη διαθέσιμες λύσεις μείωσης των εκπομπών, αλλά, σε γενικές γραμμές, οι πιο πρακτικές λύσεις άνθρακα-«μηδέν» και «μηδέν»-άνθρακα παραμένουν στην ανάπτυξη.

Ίσως το πιο σημαντικό, η επιλογή της σωστής τεχνολογίας θα πρέπει να επηρεάζεται κατά κύριο λόγο από δύο βασικά κριτήρια: (i) τον τύπο του σκάφους και (ii) το λειτουργικό του προφίλ, δηλαδή πού και τι θα εμπορεύεται.

Η διαδρομή φωτός αερίου

Γενικά, πρόκειται για καύσιμα που χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή περιεκτικότητα σε ενέργεια και μικρά μόρια. απαιτούν γενικά πιο απαιτητικά, κυρίως κρυογονικά, συστήματα τροφοδοσίας και αποθήκευσης καυσίμων.

Η οικογένεια "ελαφρού αερίου" περιλαμβάνει τα ΥΦΑ (υγρό μεθάνιο) και το βιομεθάνιο (σε μορφές βιολογικών υγρών και φυσικών αερίων [BNG]). η παραγωγή της τελευταίας οικογένειας πρέπει να κλιμακωθεί και οι τεχνολογίες να αναπτυχθούν προτού γίνει ένα βιώσιμο εμπορικό καύσιμο.

Το ΥΦΑ είναι ένα σχετικά ώριμο καύσιμο χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, μειώνοντας το αποτύπωμα άνθρακα κατά περίπου 20% εάν δεν ληφθεί υπόψη η επίδραση της ολίσθησης του μεθανίου. Ομοίως, το βιο-μεθάνιο, που προέρχεται από οργανικές πηγές, μπορεί να θεωρηθεί ως «ουδέτερο» με άνθρακα, αν δεν ληφθεί υπόψη η ολίσθηση μεθανίου.

Για το LNG και το BNG, η μείωση της ολίσθησης του μεθανίου είναι κρίσιμη για τις εμπορικές δυνατότητές τους ως μελλοντικά καύσιμα, γι 'αυτό και η βιομηχανία προσπαθεί ενεργά να αναπτύξει ένα φάσμα συναφών τεχνολογιών ελέγχου των εκπομπών. Χωρίς αυτούς, η χρήση ΥΦΑ ως καυσίμου θα μπορούσε, σε ορισμένες περιπτώσεις, να αυξήσει την παραγωγή CO2 από τη ναυτιλία, σε σχέση με το βαρύ μαζούτ ή το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης πλοίων (HFO, MGO).

Από την προοπτική από τη δεξαμενή προς την κατεύθυνση της κατανάλωσης - η κατανάλωση ΥΦΑ στο σκάφος - οι κινητήρες κύκλου πετρελαίου υψηλής πίεσης λειτουργούν ήδη με αμελητέα ή καθόλου οροφή μεθανίου. Και υπάρχουν τεχνολογίες που βρίσκονται σε εξέλιξη και σε πρώιμα στάδια δοκιμών - φίλτρα μεθανίου, καταλυτικοί μετατροπείς κ.λπ. - που θα μπορούσαν τελικά να ελαχιστοποιήσουν την παραγωγή άνθρακα στην πλήρη αλυσίδα παραγωγής ΥΦΑ.

Δεδομένου του σχετικά περιορισμένου δυναμικού μείωσης του CO2 στην παρούσα κατάσταση, θα ήταν εύκολο - και εσφαλμένο - να θεωρηθεί ότι το ΥΦΑ συμβάλλει απλώς στην πορεία προς την επίτευξη των στόχων μείωσης των εκπομπών του 2030. Το δυναμικό της μπορεί να είναι μεγαλύτερο από αυτό, δεδομένου του χρόνου.

Αν τα βιοκαύσιμα βιομεθανίου ή ηλεκτρομεθανίου (βλ. Ηλεκτρολογικό / συνθετικό τμήμα κατωτέρω) αποδειχθούν βιώσιμα σε εμπορική κλίμακα μεσοπρόθεσμα, τότε η παρούσα παραγωγή άνθρακα του ΥΦΑ θα μπορούσε να μειωθεί περαιτέρω αναλογικά προς το μείγμα καυσίμων. Τα BNG ή τα ηλεκτρο-μεθανικά καύσιμα είναι δυνητικά ουδέτερα από τον άνθρακα και σήμερα υπάρχουν σημαντικές επενδύσεις στη βιομηχανία που είναι αφιερωμένες στην εξερεύνηση αυτών των λύσεων.

Από τη σκοπιά του χρονοδιαγράμματος, στο τέλος του μονοπατιού φωτός είναι το υδρογόνο, το οποίο χρειάζεται τουλάχιστον μια δεκαετία για να αποδειχθεί βιώσιμο ως εμπορικό καύσιμο πλοίων. και αυτό είναι πιθανώς φιλόδοξο. Υπάρχουν πολλά τεχνικά εμπόδια στον τρόπο με τον οποίο η μεγαλύτερη είναι η αποθήκευση. Απαιτούνται περαιτέρω έρευνες για να επιβεβαιωθεί ο αποτελεσματικότερος τρόπος χρήσης υδρογόνου για θαλάσσια πρόωση: οι κυψέλες καυσίμου και οι αεριοστρόβιλοι αποτελούν πιθανές λύσεις, αλλά απέχουν πολύ από την λειτουργική βιωσιμότητα ή τη σχέση κόστους / αποτελεσματικότητας.

Αν και το υδρογόνο είναι το πλέον απομακρυσμένο από την οικογένεια του φωτός-αερίου από τη βιωσιμότητα, έχει σημαντικές υποσχέσεις. Μπορεί να έχει τη χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα (ενέργεια ανά όγκο) αλλά έχει μακράν το υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο (ενέργεια ανά βάρος). μια μονάδα θα παραδώσει τρεις φορές την ενέργεια ενός ίσου όγκου ΥΦΑ ή HFO. Θα μπορούσε να είναι καύσιμο πλοίων μηδενικού άνθρακα, αλλά απαιτείται σημαντικός αριθμός τεχνολογικών εξελίξεων για να καταστεί πρακτική λύση.

Το μονοπάτι βαρέων αερίων
Γενικά, αυτά τα καύσιμα αποτελούνται από βαριά, πιο σύνθετα μόρια και χαμηλότερο συγκριτικό ενεργειακό περιεχόμενο από την οικογένεια των ελαφρών αερίων και οι συνθήκες προμήθειας καυσίμων και αποθήκευσης είναι λιγότερο απαιτητικές.

Στα βαρέα καύσιμα φυσικού αερίου περιλαμβάνονται το υγρό πετρελαϊκό αέριο (LPG), η μεθανόλη (και η αιθανόλη, ως μέρος της αλκοόλης), η βιομεθανόλη και τελικά η αμμωνία. Χρησιμοποιούμενη ως καύσιμο, η μεθανόλη στην παρούσα μορφή της μειώνει την παραγωγή CO2 κατά περίπου 10%. εάν είναι διαθέσιμα σε εμπορική κλίμακα, η βιο-μεθανόλη και η ηλεκτρο-μεθανόλη θα μπορούσαν να είναι ουδέτερες από άνθρακα.

Επειδή ορισμένα από αυτά τα καύσιμα έχουν πολύ χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, μπορούν να είναι κατάλληλα μόνο για περιορισμένους τύπους σκαφών, εμπορικών συναλλαγών και διαδρομών. μπορεί να είναι απαραίτητη η δυνατότητα να γίνονται πολλαπλές στάσεις καυσίμων στον τυπικό βρόχο συναλλαγών ενός πλοίου. Η εξαίρεση είναι το LPG, η χρήση του οποίου δεν έχει ωριμάσει τόσο γρήγορα όσο το ΥΦΑ, εν μέρει επειδή έχει λιγότερες δυνατότητες μείωσης των εκπομπών και αντιμετωπίζει διαφορετικές προκλήσεις όσον αφορά την ασφάλεια.

Όσον αφορά την ωριμότητα, όπως το ΥΦΑ, το LPG και η μεθανόλη αποτελούν ήδη μέρος του τρέχοντος μείγματος τεχνολογίας. τα βιοπαραγώγιά τους είναι μεσοπρόθεσμα, δεδομένου ότι η ναυτιλία περιμένει την ωρίμανση των τεχνολογιών και τα καύσιμα που παράγονται σε κλίμακα.

Οι κινητήρες που τροφοδοτούνται με αμμωνία δεν είναι επί του παρόντος διαθέσιμοι και θα απαιτούν άλλα 3 έως 4 έτη για την πρώτη που θα παραδοθεί. Οι πρώτοι μεταφορείς μπορεί να προέρχονται από την κοινότητα φορέων της Αμμωνίας. Η αμμωνία είναι δυνητικά καύσιμο μηδενικού άνθρακα, εάν χρησιμοποιείται ανανεώσιμη ενέργεια κατά την παραγωγή, γεγονός που αυξάνει το κόστος. Το δυναμικό του έχει δει τα πρόσφατα σχέδια που παρουσιάστηκαν για τα τροφοδοτικά πλοία που τροφοδοτούνται με αμμωνία.

Ωστόσο, πρέπει να δημιουργηθεί μια συνολική υποδομή προσφοράς για να είναι εμπορικά βιώσιμη η παραγωγή καυσίμων - και να εφαρμοστούν νέοι και αυστηροί κανονισμοί ασφαλείας - επομένως, η πρακτική χρήση είναι καλύτερο να εξεταστεί μακροπρόθεσμα.

Η βιολογική / συνθετική πορεία:
Πρόκειται για καύσιμα που παράγονται με βιολογικές πρώτες ύλες και πηγές. Κατ 'αρχήν, σε υγρή μορφή, η συνοχή τους είναι πολύ κοντά στο ντίζελ, γεγονός που θα μπορούσε να ελαχιστοποιήσει τον αριθμό των νέων τεχνολογιών που θα πρέπει να αναπτυχθούν για τη χρήση τους καθώς και τυχόν αλλαγές στα σημερινά σχέδια πλοίων.

Σήμερα, το πιο διαδεδομένο είναι το βιοντίζελ ή το FAME (Μεθυλεστέρες Λιπαρών Οξέων), το οποίο αποτελεί μέρος της τελευταίας προδιαγραφής ISO (8217/2017) για τα μείγματα καυσίμων πλοίων και προσφέρεται από όλες τις μεγάλες εταιρείες πετρελαίου. Το πρότυπο επιτρέπει το 7% βιοντίζελ στο μίγμα καυσίμων, αλλά ορισμένοι πλοιοκτήτες δοκιμάζουν πλουσιότερα μείγματα, από 20-100%.

Επειδή η παραγωγή τους έχει αντίκτυπο στο περιβάλλον (περιορίζοντας τις δυνατότητές τους να μειώσουν τις εκπομπές κύκλου ζωής) και ανταγωνίζονται για τις καλλιέργειες τροφίμων, αυτή η πρώτη γενιά βιοκαυσίμων είναι αμφιλεγόμενη

Ένα άλλο προτεινόμενο βιοκαύσιμο είναι το HVO (υδρογονοκατεργασμένο φυτικό έλαιο), το οποίο έχει υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο, παρόμοιο με το MGO. Το HVO μπορεί να παραχθεί σε υφιστάμενα διυλιστήρια όπου λαμβάνει χώρα η υδροθεραπεία. Το τελικό προϊόν είναι ένα σταθερά καύσιμο με πολύ καλές ιδιότητες και χαμηλό κίνδυνο οξειδώσεως.
Η βιο / συνθετική οικογένεια καυσίμων περιλαμβάνει αέρια σε υγρή ή GTL ποικιλίες που παράγονται είτε μέσω δέσμευσης και ηλεκτρόλυσης άνθρακα είτε μετατροπής του syngas που παράγεται από βιομάζα σε υγρά καύσιμα, όπως μεθανόλη ή ντήζελ.

Αυτά τα καύσιμα είναι μεσοπρόθεσμες έως μακροπρόθεσμες επιλογές για τους πλοιοκτήτες. Ωστόσο, επειδή θα μπορούσαν να είναι λύσεις plug-and-play (drop-in-play) που θα ελαχιστοποιούν τις κεφαλαιουχικές δαπάνες, τα ηλεκτρο-συνθετικά καύσιμα διερευνούνται ενεργά από μεγάλες εθνικές και τομεακές ναυτιλιακές οργανώσεις.
Μακροπρόθεσμα, τα βιοκαύσιμα της 2ης και της 3ης γενιάς (π.χ. από βιομάζα αποβλήτων, lingocellulose [φυτικές ίνες φυτών] ή άλγη) έχουν επίσης τη δυνατότητα να παρέχουν διεθνή ναυτιλία με όγκους καυσίμων που υπερβαίνουν τις τρέχουσες ετήσιες απαιτήσεις.

Σχεδιασμός πλοίων:

Με τα χρονοδιαγράμματα ωριμότητας για πολλές μεσοπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες λύσεις που είναι επί του παρόντος πολύ ρευστά, ένας τρόπος για μελλοντική απόδειξη του σχεδιασμού νέων πλοίων είναι η εισαγωγή περισσότερων ηλεκτρικών εξαρτημάτων, όπως ηλεκτρικών κινήσεων και / ή πρόωσης. Αν ένας ιδιοκτήτης επιλέξει μια ηλεκτρική κίνηση, η παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας επί του σκάφους γίνεται αγνωστικώς καυσίμου. μπορεί να προέρχεται από κυψέλες καυσίμου, μπαταρίες - ή οποιοδήποτε συνδυασμό - ή από κινητήρα που λειτουργεί με ΥΦΑ, ή μεθανόλη, για παράδειγμα.

Όταν / αν ένα στοιχείο χρειάζεται να αναβαθμιστεί σε μεταγενέστερη ημερομηνία, έχει ήδη εγκατασταθεί ηλεκτρική μονάδα. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι πιο προηγμένοι πλοιοκτήτες και οι ναυλωτές εξετάζουν το μέλλον.

Με αυτόν τον τρόπο, όταν / εάν το σύστημα πρόωσης είναι παρωχημένο, δεν χρειάζεται να αντικατασταθεί πλήρως. ο κινητήρας μπορεί να ενημερωθεί για να καίει άλλο καύσιμο. Ή, αν οι τεχνολογίες των κυψελών καυσίμου προχωρήσουν αρκετά μέσα στα επόμενα 20 χρόνια, μπορούν να αντικαταστήσουν τους κινητήρες, εάν έχουν οικονομική λογική.

Τα υπάρχοντα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης αντιμετωπίζουν μερικές προκλήσεις, αλλά οι ιδιοκτήτες θα εξακολουθήσουν να συμβουλεύονται να αρχίσουν να εισάγουν ηλεκτρικές εγκαταστάσεις στα σχέδιά τους: ισχύς ή εισροή. ελαχιστοποιούν τις γεννήτριες ντίζελ. βελτιστοποιούν τα φορτία της γεννήτριας και της αρχικής κίνησης. και να καταστήσει το όλο σχέδιο πιο αποτελεσματικό. Με αυτόν τον τρόπο, οι ιδιοκτήτες θα κάνουν ένα ακόμη μικρό βήμα προς την κατεύθυνση της ελαχιστοποίησης του αποτυπώματος άνθρακα του στόλου τους.

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Ο Γεώργιος Πλευράκης είναι ο Διευθυντής Παγκόσμιας Αειφορίας στο Αμερικανικό Γραφείο Ναυτιλίας.

Κατηγορίες: Καύσιμα & Λιπαντικά, Οργανισμοί ταξινόμησης, Οργανισμοί ταξινόμησης