Альтернативное судовое топливо: сверим готовность к IMO Sulphur Cap 2020

Ограничения, вводимые IMO (Международная морская организация) на содержание оксидов серы в судовом топливе, неминуемо приближаются. Уже очевидно, что переход с высокосернистого мазута (3,5%) на дистиллят (содержания серы 0,5%) не будет одномоментным по всему миру и, определенно, добавит работы морякам.

Тем не менее, вносить поправки уже поздно (все изменения возможны только через МАРПОЛ VI); и Edmund Hughes, глава отдела загрязнения воздуха и энергоэффективности IMO, верит, что 96% судов, в основном крупные морские суда, будут соответствовать новым требованиям уже 1 января 2020 года.

Некоторые судовладельцы устанавливают на судах скрубберы  и продолжат использовать высокосернистый мазут; некоторые, чтобы соответствовать требованиям, переключатся на мазут с низким содержанием серы. Между тем, есть и третий путь. Мы подготовили обзор альтернативных видов судового топлива, которые смогут заменить традиционный мазут. Они почти не выделяют SОx и позволяют значительно снизить выбросы других парниковых газов.

СПГ – топливо для морских судов

Скрубберы лидируют в подготовительной гонке технологий к IMO Sulphur Cap 2020, к октябрю 2019 года 3 023 судна были оснащены скрубберами или заказали их установку. Однако в лиге альтернативных видов топлива на первом месте находится сжиженный природный газ. По состоянию на февраль 2019 года в мире эксплуатировалось 143 судна, работающих на СПГ, и еще 135 находилось в стадии постройки.

Для использования сжиженного природного газа в судовом двигателе требуется умеренное количество модификаций. Тем не менее, существует целый ряд преимуществ и недостатков двигательной установки на СПГ:

Плюсы СПГ топлива

• Сжиженный природный газ является самым чистым топливом, поскольку производит наименьшее количество ПГ (парниковых газов).
• СПГ используется в качестве топлива для судов с начала 2000-х годов, поэтому технология уже достаточно отработана, и на рынке существует множество поставщиков. Конкуренция также способствует снижению цен.
• Кроме того, стоимость СПГ сопоставима с ценой традиционного горючего. Сжиженный природный газ пока не может конкурировать с мазутом из-за логистических и других затрат; однако, в отличие от других альтернативных видов топлива, СПГ станет полноценной заменой нефти в ближайшем будущем. По оценкам экспертов, доля СПГ достигнет 23% в общем объеме судового топлива к 2050 году (сейчас она около 0,3%).
• Поршневые двигатели, газовые турбины и расходные материалы к ним, а также специальные криогенные топливные системы для СПГ производятся в промышленных масштабах и свободно доступны.

Минусы СПГ топлива:

• СПГ имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с мазутом, но энергоемкость на единицу объема составляет всего 43% от высокосернистого мазута. Поэтому топливные баки занимают в 3-4 раза больше места по сравнению с судами, работающими на традиционном горючем.
• Проблемы бункеровки. Общее нежелание внедрять двигатели на СПГ топливе в судоходную отрасль, было частично связано с логистическими трудностями. Сжиженный природный газ для судовых двигателей по-прежнему можно найти лишь в ограниченном количестве портов по всему миру, что не устраивает большинство игроков. Зачастую суда имеют длинные маршруты, в которых следующий пункт не определен заранее, а значит, топливо должно быть доступно в любом порту. Поэтому часто компании занимают выжидательную позицию относительно новых технологий.

Метанол – перспективное судовое топливо

Компания Waterfront Shipping недавно отпраздновала прибавление во флоте – два судна для перевозки метанола, работающие на двух видах горючего. Mari Couva и Mari Kokako имеют дедвейт 49 000 тонн, и будут использовать дизельное топливо и метанол, испытывая его возможности в качестве судового топлива.

Фактически, CH₃OH (метанол) занимает второе место после СПГ в рейтинге перспективных альтернативных видов горючего. Кроме того, у этого газа есть свои преимущества, делающие его более удобным для использования в морской индустрии:

• Метанол остается в жидком состоянии при температуре от –93 ° C до + 65 ° C (при атмосферном давлении), что исключает необходимость установки сложных криогенных систем удержания (стоимость топливной системы, использующей метанол, составляет примерно 1/3 от цены СПГ системы для судового двигателя).
• Может производиться из природного газа, угля и возобновляемых источников. Существуют технологии получения метанола непосредственно из вредных выбросов в атмосферу, что представляется наиболее перспективным в свете сокращения выбросов COx.
• Выбросы NOx зависят от типа используемого двигателя. В случае двухтактного дизельного двигателя будет наблюдаться снижение выбросов на 30% (по сравнению с высокосернистым мазутом), в то время как использование с четырехтактного двигателя снизит выбросы на 60%.

Аммиак – новое топливо для судов

Голландцы C-Job Naval Architects недавно предложили концепцию танкера, перевозящего аммиак, который использует собственный груз в качестве топлива. Их исследования показали, что NH₃ может стать еще одним вариантом альтернативного судового топлива в случае принятия определенных мер безопасности. Основные выводы исследования таковы:

• Твердо-оксидные топливные элементы являются наиболее эффективной технологией выработки электроэнергии для аммиачного топлива, но есть некоторые практические проблемы (низкая удельная отдача энергии, реакция двигателя на нагрузку), а также высокая стоимость системы, которая препятствует ее превращение в рабочую модель.
• Аммиачное топливо не содержит углеродного компонента, следовательно, не выделяет COx. В то же время выбросы NOx поддерживаются на приемлемом уровне, поэтому оно является разумным выбором с точки зрения защиты окружающей среды.
• Безопасное обращение с аммиаком на судах, не предназначенных для перевозки NH₃ грузов, потребует установки сложного дорогостоящего защитного оборудования (детекторы, запорные клапаны для изоляции утечек, топливные системы с двойными стенками и т. д.)
• В то же время для аммиачного топлива не будет существовать проблем с бункеровкой, поскольку оно производится во всем мире и транспортируется через большинство портов.

Корабли на водородном топливе

H₂ – еще один любопытный вариант альтернативного судового топлива, который рассматривается в настоящее время. Для использования на судах водород либо сжижается (криогенная жидкость имеет температуру -240° С), помещается в компрессионные резервуары, либо хранится в виде химического соединения.

В настоящее время H₂ получают из природного газа, а также путем электролиза. Последний можно проводить на солнечных и ветряных электростанциях одновременно с выработкой электроэнергии. Произведенный из возобновляемых источников энергии, водород становится одним из самых чистых видов топлива с нулевыми выбросами парниковых газов.

Наиболее эффективным генератором энергии для Н₂ являются топливные элементы. Мы описывали водородные топливные элементы в нашей статье «Судоходство 2030: новые технологии в морской индустрии». Производство водорода, так и топливных элементов хорошо развито, но они по-прежнему остаются неконкурентоспособными по цене с обычными судовыми двигателями.

Тем временем порт Антверпена заказал «Hydrotug», первый буксир, работающий на H₂. Они нашли компромисс, поэтому буксир будет использовать возможности водорода и двигателя внутреннего сгорания. Hydrotug сможет похвастаться ультранизким уровнем выбросов, так как сочетает в себе 2х-топливную технологию и сложный фильтр частиц.

Буксир будет построен компанией Compagnie Maritime Belge (CMB) в течение двух лет.

Биотопливо

Вы когда-нибудь задумывались, что суда могут использовать в качестве топлива биодизель или биогаз? Морские инженеры в Норвегии и Нидерландах разрабатывают концепты, работающие на биотопливе из гидроочищенного растительного масла, метилового эфира жирной кислоты (FAME) или сжиженный биогаз. В основном это пассажирские суда, паромы, оффшорные и специализированные суда.

Основным компонентом биотоплива является метан, поэтому его поведение очень похоже на использование СПГ или метанола. Однако производство биогорючего в настоящее время обходится значительно дороже.

Ученые также предвидят определенные проблемы с бункеровкой. Сегодня биотопливо доступно только в некоторых портах Норвегии, Нидерландов, США и Австралии. Таким образом, эти проекты разрабатываются на местном уровне, но биогорючее уже включено в Оценку альтернативных видов топлива DNV GL, активно изучается и рассматривается как реальный вариант альтернативного судового топлива для кораблей будущего.