Προετοιμασία για το IMO 2020: Λύσεις θαλάσσιων εκπομπών

Εικόνα: Danfoss

Μέρος Ι: Ενίσχυση κινητήρων και καυσίμων

"Ο Wood Mackenzie προβλέπει 25% αύξηση της τιμής για καύσιμο με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε θείο με βάση το ποσοστό απορρόφησης των SOx περίπου 2%, αλλά μερικά σενάρια θα μπορούσαν να προκαλέσουν αύξηση των τιμών LSFO κατά 60%."

Περίπου το 80% του παγκόσμιου εμπορίου μεταφέρεται δια θαλάσσης. Με περισσότερα από 125.000 εμπορικά και ναυτικά πλοία που εκτελούν πτήσεις παγκοσμίως, οι εκπομπές από κινητήρες πλοίων προβλέπεται να αυξηθούν κατά 250 τοις εκατό μέχρι το 2050, εκτός εάν επιβληθούν έλεγχοι. Η ρύπανση από τους κινητήρες των πλοίων είναι τόσο σημαντική που το 2016 ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO) εξέδωσε τον κανόνα του IMO 2020 για μείωση της περιεκτικότητας σε θείο 86% μέχρι το έτος 2020. Ένα συστατικό των εκπομπών όξινων βροχών και οξειδίων του θείου (SOx) οξίνιση που βλάπτει τους θαλάσσιους οικοτόπους και τα οικοσυστήματα. Για να συμμορφωθούν με το ΔΝΟ του 2020, οι εμπορικοί πλοιοκτήτες και ιδιοκτήτες έχουν δύο διαδρομές για να λάβουν:

1) Βελτίωση των κινητήρων και των καυσίμων: Οι εμπορικοί πλοιοκτήτες μπορούν να αγοράζουν υψηλότερου κόστους πετρέλαιο χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (LSFO) ή πετρελαιοκίνητο πετρέλαιο (MGO) ή για υψηλό αρχικό κεφαλαιουχικό κόστος μπορούν να μετασκευάσουν τα συστήματα κινητήρων τους με πλυντρίδες για να απομακρύνουν το SOx από τις εκπομπές συμβατικά καύσιμα.

2) Χρήση εναλλακτικών συστημάτων πρόωσης: Οι φορείς εκμετάλλευσης μπορούν να μετατρέψουν σε εναλλακτικά συστήματα πρόωσης, όπως το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG) ή τα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα που υιοθετούν υβριδικές τεχνολογίες που ενσωματώνουν την αποθήκευση ενέργειας.

Για να κατανοήσουμε την καλύτερη πορεία που ακολουθείται, οι πλοιοκτήτες και οι πλοιοκτήτες συμβουλεύονται να εξετάσουν πώς οι κανονισμοί θα επηρεάσουν το κόστος και τη διαθεσιμότητα του LSFO, την αξία της χρήσης βελτιωμένων κινητήρων και καυσίμων και την αξία της χρήσης τεχνολογιών υβριδικών / ηλεκτρικών κινητήρων μια εναλλακτική λύση για ένα πλοίο με 100% ορυκτά καύσιμα.

Κανονισμοί, κόστος καυσίμων & διαθεσιμότητα
Ο κανόνας του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού (IMO 2020) απαιτεί από τα πλοία να χρησιμοποιούν καύσιμο MGO με περιεκτικότητα σε θείο που δεν υπερβαίνει το 0,5% σε σύγκριση με το σημερινό όριο του 3,5%. Σε πλοία που λειτουργούν σε περιοχές ελέγχου εκπομπών (ECA), οι οποίες στη Βόρεια Αμερική εκτείνονται 200 ναυτικά μίλια από τις ακτές των ΗΠΑ, το όριο περιεκτικότητας σε θείο παραμένει στο πρότυπο του 2015 0,1%.

Οι ενώσεις θείου και θείου απαντώνται φυσικά στο πετρέλαιο και απαιτείται ειδική επεξεργασία ή τροφοδοσία με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο για την παραγωγή καυσίμων με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο. Λόγω της στενής προμήθειας και της έντονης ζήτησης, καθώς προσεγγίζει το έτος 2020, δεν υπάρχει εγγύηση ότι οι προμήθειες LSFO θα είναι επαρκείς. Για να είναι σίγουροι για την επίτευξη της μείωσης από 3,5 τοις εκατό σε 0,5 τοις εκατό, οι φορείς εκμετάλλευσης θα χρειαστεί να κάνουν σημαντικό προγραμματισμό για να εξασφαλίσουν τα καύσιμα είναι διαθέσιμα για το σκάφος ή το στόλο τους για την αποφυγή κυρώσεων.

Οι ενδεχόμενες ελλείψεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σημαντικές διακυμάνσεις των τιμών, καθιστώντας πολύπλοκη την κατάρτιση προϋπολογισμού και επενδυτικών σεναρίων. Ο αναλυτής της βιομηχανίας Wood Mackenzie προβλέπει αύξηση κατά 25% της τιμής για καύσιμο με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε θείο με βάση το ποσοστό απορρόφησης του SOx περίπου 2%, αλλά μερικά σενάρια θα μπορούσαν να προκαλέσουν αύξηση των τιμών LSFO κατά 60%.

Οι πιθανές κλίμακες τιμών απεικονίζονται στο Σχήμα 1. Η πριμοδότηση τιμής ανά μετρικό τόνο καυσίμου έχει κατά μέσο όρο 225 δολάρια μεταξύ 2012 και 2017. Από την 1η Οκτωβρίου 2018, η τιμή του καυσίμου του Χιούστον ήταν 465 δολάρια για το ενδιάμεσο μαζούτ (IFO380 = 3,5% θείο) και $ 745 για το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης (MGO = 0,5% θείο), ένα κενό τιμής των 280 δολαρίων.

Σε ένα άλλο σενάριο, μια ανάλυση της Stillwater Associates δείχνει ότι τα περιθώρια κέρδους του Rotterdam LSFO σε πετρέλαιο υψηλής περιεκτικότητας σε θείο (HSFO) θα αυξηθούν από $ 2 στα μέσα του 2018 σε $ 19 ανά βαρέλι στο τέλος του 2019, αντιπροσωπεύοντας ποσοστό αύξησης από 3% τοις εκατό σε διάστημα 18 μηνών, εν όψει της απότομης αύξησης της ζήτησης για συμμορφούμενα καύσιμα.

Προβλέποντας μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, οι αναλυτές που αναφέρθηκαν από τον Wood Mackenzie υποθέτουν ότι το πολύ χαμηλό ποσοστό υιοθεσίας των πλυντηρίων που χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση του SOx θα μπορούσε να οδηγήσει τους προμηθευτές καυσίμων να προμηθεύσουν το HSFO συνολικά, αποποιώντας την περαιτέρω υιοθέτηση των πλυντηρίων.

Συνολικά, αυτά τα σενάρια δείχνουν την αβεβαιότητα σχετικά με τις τιμές και τη διαθεσιμότητα LSFO. Εάν οι αλυσίδες εφοδιασμού για τις αναγκαίες ποσότητες και τύπους καυσίμων δεν είναι έτοιμες, οι παγκόσμιες θαλάσσιες επιχειρήσεις θα μπορούσαν να διαταραχθούν.

Από τη σκοπιά του πλανήτη, τα σκανδιναβικά πρότυπα και οι αγορές είναι οι πιο προοδευτικές για τη μετάβαση σε MGO χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο, όπως αποδεικνύεται από την ταχεία υιοθέτηση τεχνολογιών μηδενικών εκπομπών σε αρκετές πλωτές οδούς. Αυτές οι εξελίξεις χρησιμεύουν ως παράδειγμα για το πώς μπορεί να ανταποκριθεί ο υπόλοιπος κόσμος.
Ο δρόμος προς τη Βόρεια Αμερική, το λιμάνι του Long Beach (PLB) στοχεύει σε μηδενικές εκπομπές μέχρι το 2035. Από τώρα ξεκινάμε ουσιαστικές αλλαγές που θα επηρεάσουν τις αγορές εξοπλισμού για την τήρηση των προτύπων εκπομπών. Άλλα λιμάνια της Δυτικής Ακτής έχουν επίσης τολμηρές στρατηγικές, ακολουθώντας το προβάδισμα της PLB.

Βελτιώσεις καυσίμων & κινητήρων
Κατά την εξέταση της συμμόρφωσης με το IMO 2020, οι περισσότεροι φορείς εκμετάλλευσης σκεφτούν φυσικά να προσαρμόσουν τα πλοία και τους κινητήρες τους για να χρησιμοποιήσουν τα καύσιμα που μπορεί να είναι διαθέσιμα. Λαμβάνοντας αυτό το κομμάτι, οι πλοιοκτήτες έχουν τρεις επιλογές:

1. Χρησιμοποιήστε τις τεχνολογικές επιλογές που μπορούν να χρησιμοποιούν χαμηλού κόστους καύσιμα υψηλής περιεκτικότητας σε θείο (HFO) με συστήματα καθαρισμού SOx ή συστήματα καθαρισμού καυσαερίων (βλ. Συζήτηση παρακάτω)

2. Χρησιμοποιήστε LSFO και MGO με υψηλότερο μεταβλητό κόστος, αλλά αποφεύγετε την επένδυση κεφαλαίων για πλυντρίδες ή διαλύματα καυσαερίων

3. Χρησιμοποιήστε το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), ένα καύσιμο που είναι ουσιαστικά χωρίς θείο. Οι τιμές του ΥΦΑ είναι γενικά ισοδύναμες ή χαμηλότερες από τις HFO, αλλά οι εγκαταστάσεις διανομής δεν είναι ευρέως διαδεδομένες λόγω της περιορισμένης ζήτησης σήμερα και του υψηλού κόστους ανάπτυξης των υποδομών. Ως εκ τούτου, η έκταση της μελλοντικής διαθεσιμότητας ΥΦΑ είναι αμφισβητήσιμη. Ορισμένα λιμάνια είναι πρόθυμα να επενδύσουν, αλλά το ΥΦΑ δεν θα είναι διαθέσιμο παντού. Επιπλέον, η μετάβαση στο ΥΦΑ απαιτεί τη μετατροπή σε διαφορετικό σύστημα διαχείρισης καυσίμων, το οποίο χρησιμοποιεί μεγάλες μονάδες ψύξης για τη διατήρηση του αερίου σε υγρή κατάσταση.

Ως εναλλακτική λύση στην έκθεση στο μεταβλητό κόστος του LSFO, οι ιδιοκτήτες και οι φορείς εκμετάλλευσης μπορούν να πληρούν τα πρότυπα εκπομπών για το 2020 επενδύοντας σε διάφορες τεχνολογικές επιλογές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν το HFO. Για παράδειγμα, είναι διαθέσιμα σχέδια προηγμένων θαλάσσιων κινητήρων τα οποία συμμορφώνονται με τα πρότυπα κινητήρων Tier 4 του Οργανισμού Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ. Οι κινητήρες της σειράς 4 ενσωματώνουν πολλές προηγμένες τεχνολογίες - συμπεριλαμβανομένης της εκλεκτικής καταλυτικής αναγωγής (SCR) και της ανακυκλοφορίας καυσαερίων (EGR) (Εικόνα 2). Αυτές οι δύο τεχνολογίες μειώνουν σημαντικά τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου (NOx) για συμμόρφωση στις περιοχές ελέγχου των εκπομπών NOx, όπως η Βόρεια Θάλασσα.

Για να επιτευχθούν μειώσεις των εκπομπών των θαλάσσιων κινητήρων, οι κατασκευαστές κινητήρων χρησιμοποιούν διάφορες διαφορετικές προσεγγίσεις, όπως:
1.Χρήση δομοστοιχειωτού συστήματος μετεπεξεργασίας καυσαερίων (EAT) για την κάλυψη της κατηγορίας 4 για εργατικά σκάφη, επιτρέποντας την ευέλικτη τοποθέτηση εξαρτημάτων για τους σχεδιαστές πλοίων. Ένα σύστημα SCR επικαλυμμένο με βανάδιο χρησιμοποιείται για μεγαλύτερη αντοχή στο θείο, επιτρέποντας τη χρήση καυσίμου ντίζελ υψηλής περιεκτικότητας σε θείο.

2.Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία SCR Tier 4 για χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμων και ουρίας σε σύγκριση με τους τύπους κινητήρων κατηγορίας 3, επιτυγχάνοντας παράλληλα υψηλή απόδοση κινητήρα και απόδοση εκπομπών. Επιπλέον, το βάρος είναι 50% χαμηλότερο, η επιτάχυνση πλήρους ισχύος είναι ταχύτερη και η απόδοση του κινητήρα δεν υποβαθμίζεται σε περίπτωση αποτυχίας του συστήματος SCR.

3. Χρήση κινητήρων έτοιμων για ΥΦΑ εκτός από ηλεκτρικά και υβριδικά συστήματα πρόωσης που ενσωματώνουν συστήματα ανάλυσης, αυτοματισμού και ελέγχου εκπομπών. (Χρησιμοποιώντας LNG και "υβριδικά" ή καύσιμα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο μπορούν επίσης να γίνουν με κινητήρες της κατηγορίας 3 για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις της περιοχής ελέγχου εκπομπών).

4. Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό όλων των διαθέσιμων τεχνολογιών, προωθώντας ταυτόχρονα το EGR ως έναν τρόπο χρήσης μικρότερου SCR.

Οι αισθητήρες εκπομπών είναι κρίσιμα συστατικά που χρησιμοποιούνται στα συστήματα εξάτμισης του κινητήρα για την παρακολούθηση και την απόδειξη της συμμόρφωσης με τις εκπομπές. Ένα παράδειγμα της in situ τεχνολογίας αισθητήρων εκπομπών είναι ο αισθητήρας θαλάσσιων εκπομπών MES 1001 που προσφέρει η Danfoss IXA. Το MES 1001 εξασφαλίζει ότι οι μεταγωγείς καυσίμου και τα συστήματα λειτουργούν συνδυάζοντας τη συνεχή παρακολούθηση των εκπομπών και τη συλλογή δεδομένων για τις αρχές. Οι αισθητήρες μπορούν επίσης να παράσχουν δεδομένα για τον έλεγχο της δοσολογίας SCR ουρίας, τη βελτίωση της χρήσης των πόρων και την απόδοση του συστήματος.

Για τους ιδιοκτήτες σκαφών που ενδιαφέρονται να μειώσουν την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων, οι τεχνολογίες υβριδισμού και ηλεκτροκίνησης συμπληρώνουν ή προσφέρουν μια αποτελεσματική εναλλακτική λύση με πολλά οφέλη. Αναζητήστε το Μέρος ΙΙ του παρόντος άρθρου σε μια έκδοση του Μάϊου του 2019 "Green Marine" για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την αξία της χρήσης εναλλακτικών συστημάτων προώθησης για την επίτευξη του IMO 2020.

Οι συγγραφείς

Ο Jim Lerner είναι Αντιπρόεδρος Πωλήσεων, Ανατολικές ΗΠΑ, για μονάδες Danfoss στο Χιούστον του Τέξας. Το υπόβαθρό του περιλαμβάνει 33 χρόνια στην ηλεκτρομηχανολογική βιομηχανία και τέσσερα χρόνια στην τεχνική μηχανική ηλεκτρικών / τηλεπικοινωνιών. Κατέχει διπλώματα στα οικονομικά των επιχειρήσεων και στο μάρκετινγκ. Ο Jon Holloway είναι επικεφαλής της στρατηγικής για τη Danfoss Power Solutions, με έδρα το Αμβούργο της Γερμανίας. Ήταν προηγουμένως διευθυντής στρατηγικού μάρκετινγκ για τη Danfoss στη Βόρεια Αμερική και έχει ένα ιστορικό χρηματοδότησης, στρατηγικής και μάρκετινγκ.