Maritime ищет Святой Грааль альтернативной энергии

Авторские права принадлежат STOCK STUDIO/AdobeStock

Морская индустрия работала с одним источником топлива более века, и с учетом спешки по соблюдению стандартов выбросов как на внутреннем, так и на внешнем рынках, адаптация к текущему списку альтернативных видов топлива будет представлять значительные проблемы. У каждого рынка есть свои проблемы, будь то голубая вода, коричневая вода, прибрежный, зарубежный или внутренний.

Выберите любую из крупнейших мировых судостроительных верфей, и базовая конструкция судна Bluewater будет включать в себя большой двухтактный двигатель внутреннего сгорания.

Удаление этой единственной двигательной установки из конструкции нынешних судов для соблюдения норм выбросов будет иметь разрушительные последствия для прибыльности судостроительного завода.
Во-первых, нам необходимо осознать, что текущие сроки выбросов не будут соблюдены, и заказы на вторые суда будут по-прежнему включать этот тип силовой установки в ближайшем будущем.

Дискуссия об изменении климата и выбросах с судов началась еще в 2012 году, когда был проведен анализ аммиака как военного топлива. Доктор Уильям Альгрен определил переход от ископаемого топлива как «стратегию двойного топлива». Анализ объединил источники энергии из ископаемого топлива с электроэнергией, и исследование представило три стратегии для альтернативного энергетического будущего:

• водородная экономика, объединяющая электроэнергию и водородное топливо,
• полная электрическая экономика, и
• двухтопливная стратегия, позволяющая внедрять жидкие возобновляемые источники энергии.

«Стратегия двойного топлива» основывалась на способности жидкого аммиака или метанола быть совместимыми с текущей энергетической инфраструктурой. Судостроение приняло эту концепцию и продолжило разработку двухтактного сгорания, впервые включив двухтопливный СПГ. Там, где обсуждение выбросов и нормативные цели говорили о ZERO, стратегия представляла собой концепцию постепенного «перехода». Zero не мог быть достигнут без «электрического» компонента, и лишь немногие, если таковые вообще были, из мировых судостроителей были готовы взяться за аккумуляторы и накопители энергии на уровнях мощности, необходимых для сохранения конкурентоспособности.

На сегодняшний день есть буквально сотни сообщений о поставках «двойного топлива». Однако «двойное» на данном этапе перехода представляло собой смесь альтернативного топлива и ископаемого топлива, и на то есть причины.

Простая мантра «Святого Грааля» — водород. Не так уж и сложно понять, поскольку все будущие альтернативные источники энергии имеют водородную связь. Начните с определения фактической плотности топлива и доступной энергии в новых альтернативных видах топлива, которые производятся. Независимо от того, выбран ли аммиак, метанол, СПГ, био или водород, ни один из них не соответствует плотности и энергии простого морского дизельного топлива. Фактически, большинство обеспечивает 50% или меньше. Добавьте, что ни один из них не соответствует «нулю» в своем текущем состоянии и не будет соответствовать, пока не будет поставлен в предлагаемой «зеленой» форме.

Проблема плотности сама по себе создает проблемы в судостроении. Меньше энергии требует больших топливных баков и необходимости перевозить больше топлива. Больше топлива, меньше груза — меньше груза, меньше прибыли. И проблема продолжается с размещением новых топливных баков и тем, как это влияет на устойчивость, укладку, дифферент и осадку. Проблема может быть решена путем поддержания текущих уровней запасов топлива и увеличения количества бункеровочных операций. Проблема, связанная с выбранным альтернативным топливом и тем, предоставляет ли схема торговли судов инфраструктуру для подтверждения доступности топлива в портах бункеровки. Вы обнаружите, что большинство текущих портов не могут сделать это заявление для метанола, водорода, аммиака или СПГ. Добавьте потребность в пилотном топливе во время зажигания и судовое дизельное топливо, являющееся фактическим «двойным», и нам понадобятся два типа топливных баков.

При многих новых строительных проектах, пытающихся соответствовать нормам выбросов, тот факт, что мы продолжаем использовать один большой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, является самым сложным препятствием. Описание «двойного топлива» будет включать альтернативное топливо и ископаемое топливо в течение длительного переходного периода.

Достаточно долго, чтобы корейские верфи поверили, что «улавливание углерода» станет следующим шагом к сохранению стандартной конструкции. Переход на СПГ в двигателях внутреннего сгорания занял более двух десятилетий, и его использование продолжает расти. Теперь примите во внимание, что первый большой двухтактный двигатель внутреннего сгорания на аммиаке завершил успешную операцию с нагрузкой от 25% до 100% на испытательном стенде только в феврале 2025 года, и «нулевой» свет в конце туннеля становится все более тусклым. Конец переходного периода еще далеко, и мы все еще будем бункеровать дизельное топливо в ближайшие годы.

Также существуют угрозы безопасности, требующие серьезных изменений в вентиляции, защите персонала и обучении. Пары аммиака токсичны, и их распространение к источнику движения и от него является серьезной проблемой. У аммиака более высокая температура вспышки, хотя и более узкий диапазон взрывоопасности при смешивании с воздухом. Атмосферные расчеты для избежания возгораний или взрыва сильно отличаются от расчетов для стандартного морского дизельного топлива или черного масла.

Что касается водорода в качестве топлива, плотность сжатого водорода добавляет сложности и расходов на транспортировку газа на судно и хранение при бункеровке. Сжижение водорода и его криогенное использование (аналогично аммиаку или СПГ) добавляет еще одну существенную стоимость как для сжижения, так и для регазификации. Со всеми этими новыми решениями нам необходимо поддержать инициативу «Well to Wake» — использование энергии для создания «новой энергии» должно быть включено в окончательный расчет выбросов, как и основные затраты на строительство судна.

Рынки небольших рабочих катеров, буксиров и паромов продвинулись гораздо дальше в поисках Святого Грааля, до такой степени, что они почти могут сказать: «Вы сделали мудрый выбор». Многие производители четырехтактных двигателей выпускают новые продукты, начиная от двигателей с возможностью работы на метаноле и заканчивая полностью независимыми от топлива двигателями.

Cummins получила принципиальное одобрение на двигатели QSK60 IMO II/III, готовые к использованию метанола, мощностью от 2000 до 2700 лошадиных сил. Другие проекты взяли на себя производство водорода на борту и внедрение топливных элементов, гибридных электромобилей и аккумуляторов для достижения целей по выбросам. Этот прибрежный рынок рабочих лодок и паромов перешел от двухтопливных к электрическим движительным установкам, как и предсказывалось в 2012 году.

Помимо вопросов эксплуатации и движения судов, нам также необходимо внимательно изучить фактический тоннаж поставщиков топлива и бункеровочных компаний. С принятием круизной индустрией двухтопливного СПГ мы увидели постоянные заказы и поставки барж и судов для бункеровки СПГ для поддержки поставок СПГ. Чего не хватает на рынках США, так это необходимого тоннажа «бункерных барж» для доставки аммиака, метанола или биотоплива. Развитие этой инфраструктуры выходит далеко за рамки возможностей берегового хранения в бункерных портах. Для определенных видов биотоплива или метанола требуются специальные покрытия резервуаров, а также базовые химические грузы, необходимые для смешивания биокомпонентов. Для аммиака потребуется такое же криогенное сжижение, как и для СПГ. Для метанола, этанола или метиловых эфиров жирных кислот потребуются усовершенствованные полимерные покрытия, такие как «Marine Line». Иностранные флоты могут доставлять эти смеси и химикаты в США. Однако теперь отечественный флот должен строить и реагировать на новые грузы, чтобы удовлетворить спрос на дистрибуцию.

Самый быстрый способ для оператора сохранить рейтинг «Индикатор интенсивности выбросов углерода» на существующих судах — перейти на биотопливо. Этот шаг снова поддержит стратегию двойного топлива и позволит владельцу или оператору заявить о сокращении выбросов. Каждое небольшое усилие помогает нам достичь наших климатических целей. За пределами анализа 2012 года только ядерная энергетика может достичь «Нулевого» уровня, и не заблуждайтесь, обсуждение того, как это изменение тяги повлияет на строительство судов, уже ведется.