Будущее корабельное топливо: прорезать дым

Георгиос Плевракис, ABS11 февраля 2020
© JEGAS RA / AdobeStock
© JEGAS RA / AdobeStock

Владельцы судов все чаще сталкиваются со сложными инвестиционными решениями, пытаясь найти наиболее эффективный путь в будущее с низким уровнем выбросов углерода. С тех пор, как ИМО установила амбициозные цели отрасли по сокращению выбросов на 2030 и 2050 годы, владельцы были завалены информацией о будущих видах топлива и технологиях, которые могут или не могут в конечном итоге снизить углеродные следы их парка.

Некоторые из новых технологий обещают, но повседневная жизнеспособность многих из них остается недоказанной; То же самое можно сказать и о многих потенциальных видах топлива. Для обоих сроков погашения так же широко, как и предполагаемые решения. Тем не менее, именно в эти неопределенные времена некоторые владельцы теперь сталкиваются с долгосрочными инвестиционными решениями для новых кораблей.

Однако решения могут быть менее сложными, чем кажется. Спектр доступных топливных решений широк, но при рассмотрении каждой бортовой технологии - двигателей, систем подачи топлива, хранения, локализации и т. Д. - возникают таксономии, которые можно использовать для упрощения принятия решений.
После классификации все вспомогательные технологии (включая топливо) должны быть оценены на зрелость (готовность к рынку) и потенциал сокращения углерода в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе.

По сути, до 2030 года и далее существует три топливных пути: СПГ или «легкий газ»; путь «тяжелый газ» LPG / метанол (или спирт); или путь био / синтетического топлива. Ни один из них не является взаимоисключающим.

Первые два семейства технологий уже имеют доступные решения по сокращению выбросов, но, в целом, наиболее практичные, углерод-нейтральные и нулевые углеродные решения остаются в разработке.

Возможно, самое важное, что выбор правильной технологии должен в основном зависеть от двух ключевых критериев: (i) тип судна и (ii) его эксплуатационный профиль, т. Е. Где и чем он будет торговать.

Путь Легкого Газа

Как правило, это топливо, характеризующееся относительно высоким содержанием энергии и небольшими молекулами; они в целом требуют более требовательных, в основном криогенных, систем подачи и хранения топлива.

Семейство легких газов включает в себя СПГ (жидкий метан) и биометан (в формах био-СПГ и био-природного газа [БНГ]); производство последнего семейства должно быть расширено, и технологии должны быть развиты прежде, чем это станет жизнеспособным коммерческим топливом.

СПГ является относительно зрелым низкоуглеродистым топливом, сокращающим углеродный след примерно на 20%, если не учитывать влияние проскокания метана. Аналогичным образом, биометан, полученный из органических источников, может считаться углеродом «нейтральным», если не учитывается проскок метана.

Для СПГ и СПГ снижение проскока метана имеет решающее значение для их коммерческого потенциала в качестве будущих видов топлива, поэтому отрасль активно пытается разработать ряд соответствующих технологий контроля выбросов. Без них использование СПГ в качестве топлива может, в некоторых случаях, фактически увеличить выход CO2 от судоходства по сравнению с тяжелым мазутом или морским газойлем (HFO, MGO).

С точки зрения танка к следу - расход СПГ внутри судна - дизельные циклические двигатели высокого давления уже работают с незначительным или нулевым проскальзыванием метана. И есть технологии в разработке и на ранних стадиях испытаний - фильтры с метановым покрытием, каталитические нейтрализаторы и т. Д., - которые в конечном итоге могут минимизировать выброс углерода во всей цепочке производства СПГ.

Принимая во внимание его относительно ограниченный потенциал сокращения выбросов СО2 в его нынешнем состоянии, было бы легко - и неправильно - рассматривать СПГ как вкладчик на пути к достижению целей сокращения выбросов на период до 2030 года. Его потенциал может быть больше, чем у данного времени.

Если биометановое или электрометановое (см. Раздел «Электро / синтетическое» ниже) топливо окажется жизнеспособным в промышленном масштабе в среднесрочной перспективе, то текущий выброс углерода в СПГ может быть дополнительно уменьшен пропорционально топливной смеси. BNG или электрометановое топливо являются потенциально углеродно-нейтральными, и в настоящее время значительные инвестиции в промышленность направлены на изучение этих решений.

С точки зрения временной шкалы, в конце пути легкого газа находится водород, которому требуется по крайней мере десятилетие, чтобы стать жизнеспособным в качестве коммерческого морского топлива; и это, вероятно, амбициозно. На пути много технических препятствий, самое большое из которых - хранение. Дальнейшие исследования также необходимы, чтобы подтвердить наиболее эффективный способ использования водорода для морской тяги: топливные элементы и газовые турбины являются потенциальными решениями, но они далеки от жизнеспособности или экономической эффективности.

Хотя водород является наиболее далеким из семейства легких газов по жизнеспособности, он имеет значительные перспективы. Он может иметь самую низкую плотность энергии (энергия на единицу объема), но, безусловно, имеет самое высокое содержание энергии (энергия на единицу веса); одна единица будет в три раза доставлять энергию равного объема СПГ или ГФО. Это может быть морское топливо с нулевым содержанием углерода, но для его практического решения необходимо значительное количество технологических достижений.

Тяжелый газовый путь
Как правило, эти виды топлива состоят из тяжелых, более сложных молекул и с более низким сравнительным содержанием энергии, чем семейство легких газов, и условия их подачи и хранения топлива менее требовательны.

Тяжелое газовое топливо включает жидкий нефтяной газ (СНГ), метанол (и этанол, как часть семейства спиртов), биометанол и, в конечном счете, аммиак. Используемый в качестве топлива метанол в его нынешнем виде снижает выброс CO2 примерно на 10%; если они станут доступными в коммерческом масштабе, биометанол и электрометанол могут быть углеродно-нейтральными.

Поскольку некоторые из этих видов топлива имеют очень низкое содержание энергии, они могут подходить только для ограниченных типов судов, профессий и маршрутов; может потребоваться возможность сделать несколько остановок заправки в типичном торговом цикле корабля. Исключением является сжиженный нефтяной газ, использование которого не созревает так быстро, как сжиженный природный газ, отчасти потому, что он обладает меньшим потенциалом для сокращения выбросов и сталкивается с различными проблемами безопасности.

С точки зрения зрелости, такие как СПГ, СНГ и метанол уже являются частью текущей технологической смеси; их биопроизводные являются среднесрочными соображениями, поскольку судоходство ожидает, когда технологии созреют и топливо будет произведено в масштабе.

Двигатели, работающие на аммиаке, в настоящее время недоступны, и для их доставки потребуется еще 3-4 года. Первыми движущими силами могут стать представители сообщества аммиачных перевозчиков. Аммиак потенциально является топливом с нулевым содержанием углерода, если во время производства используется возобновляемая энергия, что увеличивает стоимость. Его потенциал виден в недавних проектах, представленных для фидерных судов на аммиаке.

Однако для того, чтобы топливо было коммерчески жизнеспособным, необходимо создать комплексную инфраструктуру на стороне предложения и внедрить новые строгие правила безопасности, поэтому практическое использование лучше всего рассматривать только в более долгосрочной перспективе.

Био / синтетический путь:
Это топливо, которое производится из биологического сырья и источников. В принципе, в жидком виде их консистенция очень близка к дизельному маслу, что может минимизировать количество новых бортовых технологий, которые необходимо будет разработать для их использования, а также любые изменения в существующих конструкциях судов.

В настоящее время наиболее широко используется биодизельное топливо или FAME (метиловые эфиры жирных кислот), которое является частью новейшей спецификации ISO (8217/2017) для судовых топливных смесей и предлагается всеми основными нефтяными компаниями. Стандарт допускает 7% биодизеля в топливной смеси, но некоторые судовладельцы испытывают более богатые смеси, от 20 до 100%.

Поскольку их производство оказывает воздействие на окружающую среду (ограничивая их потенциал для сокращения выбросов в течение жизненного цикла) и они конкурируют за продовольственные культуры, это первое поколение биотоплива является спорным

Другим предлагаемым биотопливом является HVO (гидроочищенное растительное масло), которое имеет высокоэнергетическое содержание, подобное MGO. ХВО может производиться на существующих нефтеперерабатывающих заводах, где проводится гидроочистка. Конечный продукт представляет собой достаточно стабильное топливо с очень хорошими свойствами и низким риском окисления.
Био / синтетическое семейство топлив включает в себя разновидности газ-жидкость или GTL, полученные либо путем улавливания углерода и электролиза, либо превращением синтез-газа, полученного из биом, в жидкое топливо, такое как метанол или дизельное топливо.

Это топливо является средне-долгосрочным вариантом для судовладельцев. Однако, поскольку они могли бы быть «подключи и работай» решениями (внедряемое биотопливо), которые бы минимизировали капитальные затраты, ведущие национальные и отраслевые судоходные организации активно изучают электросинтетическое топливо.
В долгосрочной перспективе биотопливо 2-го и 3-го поколений (например, из отходов биомассы, лингоцеллюлоза [древесные растительные волокна] или водоросли) также может обеспечить международные перевозки такими объемами топлива, которые превышают его текущие годовые потребности.

Перспективные корабельные конструкции:

Поскольку сроки погашения для многих среднесрочных и долгосрочных решений в настоящее время очень изменчивы, одним из способов обеспечить будущее проектирование новых судов является внедрение большего количества электрических компонентов, таких как электроприводы и / или силовые установки. Если владелец выбирает электрический привод, выработка бортового электричества становится не зависящей от топлива; это может быть от топливных элементов, батарей - или любой комбинации - или двигателя, работающего на СПГ, или метанола, например.

Когда / если компонент необходимо обновить позднее, на него уже установлен электрический привод. Именно так смотрят в будущее самые продвинутые судовладельцы и чартеры.

Таким образом, когда / если двигательная установка устареет, ее не нужно полностью заменять; двигатель может быть обновлен для сжигания другого топлива. Или, если технологии топливных элементов будут развиваться в течение следующих 20 лет, они могут заменить двигатели, если это имеет экономический смысл.

Конечно, у существующих электрических силовых установок есть некоторые проблемы, которые необходимо преодолеть, но владельцам все же стоит посоветовать начать внедрять электрические установки в свои конструкции: выходная мощность или входная мощность; минимизировать дизельные генераторы; оптимизировать нагрузки генератора и первичного двигателя; и сделать весь дизайн более эффективным. При этом владельцы предпримут еще один маленький шаг к минимизации углеродного следа своего флота.

об авторе

Георгиос Плевракис является директором по глобальному устойчивому развитию в Американском бюро судоходства.

категории: классификационные общества, классификационные общества, топливо и смазочные материалы