Μέσω της παγκόσμιας προσπάθειας για την προστασία του κλίματος και του περιβάλλοντος, έχει πρόσφατα τεθεί σε εφαρμογή ένας εντυπωσιακός αριθμός περιορισμών που αφορούν τη ναυτιλία, σχετικά με τις εκκροές ρύπων. Οι κανονισμοί αυτοί οδηγούν την έρευνα να στρέφεται σε εναλλακτικά καύσιμα που εκπέμουν λιγότερους ρύπους, έναντι των καυσίμων που βασίζονται στο πετρέλαιο. Πιο συγκεκριμένα, η απόφαση του ΙΜΟ για περιορισμό του θείου που εμπεριέχεται στα καύσιμα των πλοίων στο 0.5%, από την 1η Ιανουαρίου 2020 σε παγκόσμιο επίπεδο, καθώς και η προσφάτως υιοθετημένη φιλοδοξία για περιορισμό των GHG (greenhouse gas) gases κατά 50% ως το 2050, ενδέχεται να φέρουν τα πάνω κάτω, κάνοντας τους πλοιοκτήτες, τους διαχειριστές και τους κατασκευαστές πλοίων, να μην ξέρουν προς ποιά κατεύθυνση να κινηθούν.
Περίπου 48 χιλιάδες τόνοι καυσίμων με περιεκτικότητα σε θείο 0.1%, ή και λιγότερο, θα χρειάζονται ετησίως. Μόλις οι περιορισμοί του ΙΜΟ για το θείο (Sulphur cap) τεθούν σε ισχύ, τα περισσότερα καύσιμα που θα καταναλώνονται (70-88%) θα έχουν χαμηλή περιεκτικότητα θείου, της ταξης του 0.1 έως 0.5% και θα πάρουν τη θέση των καυσίμων υψηλής περιεκτικότητας που χρησιμοποιούμε σήμερα. Το 2016 είχε υποτεθεί πως θα είχε δημιοθργηθεί ως το 2020, μια βάση περίπου 4.000 πλοίων με συστήματα scrubber, με όχι πάνω από 11% των προς κατανάλωση καυσίμων να είναι υψηλής περιεκτικότητας σε θείο (HFO), σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι τελευταίες εκτιμήσεις υπολογίζουν ότι θα πραγματοποιηθούν μόνο 1.000 έως 2.000 εγκαταστάσεις scrubber, γεγονός που οδηγεί στην αρκετά πιο κάτω από 10% κατανάλωση HFO (High-Sulphur Fuel) το 2020. Αυτό εγείρει ερωτήματα σχετικά με το αν τα HFO θα είναι διαθέσιμα σε αρκετά λιμάνια λόγω της χαμηλής ζήτησης, και αν ναι, σε ποιά τιμή. Προκειμένου να υποστηρίξει το Port State Control και τα Flag States, ο ΙΜΟ στο MEPC 72 (Marine Environment Protection Committee) συμφώνησε στο να καθιερωθεί μία απαγόρευση για τη μεταφορά των καυσίμων, που δεν είναι σύφωνα με τους κανονισμούς, για όλα τα πλοία χωρίς scrubbers. Για τα πλοία χωρίς scrubbers, θα συνεχίσει να επιτρέπεται η μεταφορά των καυσίμων που δεν είναι σύμφωνα με τους κανονισμούς σαν φορτίο.
Scrubbers open-loop, ή closed-loop?
Το Μάρτιο του 2018 τα περισσότερα Oil Tankers, που επέλεξαν ένα scrubber, διάλεξαν μία υβριδική εναλλακτική, που εξασφαλίζει ευελιξία για να λειτουργούν και με open-loop και με closed-loop mode. Κατά την παραμονή του πλοίου στη θάλασσα, η αλλαγή σε open-loop μπορεί να γίνει μόνο με τη χρήση νερού της θάλασσας. Tα οξείδια του θείου κατά εξάτμιση αντιδρούν με το νερό και σχηματίζουν θειικό οξύ. Χημικά δεν απαιτούνται, δεδομένου ότι η φυσική αλκαλικότητα του θαλασσινού νερού εξουδετερώνει το οξύ. Όταν χρειαστεί να γίνει αλλαγή σε closed-loop, ενώ για παράδειγμα το πλοίο μπαίνει σε λιμάνι περιοχής χαμηλής αλκαλικότητας, η φυσική αλκαλικότητα του θαλασσινού νερού, ενισχύεται από ένα αλκάλιο που χρησιμοποιεί σαν επιπρόσθετο ρυθμιστικό διάλυμα την καυστική σόδα (NaOH).
To 41% των Oil Tankers που χρησιμοποιούν scrubber, προτίμησαν την open-loop επιλογή. Τα open-loop scrubbers είναι σύννομα με τους κανονισμούς που όρισε ο ΙΜΟ για το 2020, σχετικά με τις ρυπογόνες εκκροές του SΟx, ενώ είναι απλούστερα, φθηνότερα και γρηγορότερα στην εγκατάσταση, που σημαίνει ότι απαιτείται λιγότερος χρόνος off-hire. Το open-loop scrubber έχει λιγότερο εξοπλισμό για παρακολούθηση και συντήρηση από το πλήρωμα. Ο πλοιοκτήτης επίσης δεν χρειάζεται να ανησυχεί σχετικά με την αποθήκευση της καυστικής σόδας (sodium hydroxide), ή ακόμα πιο σημαντικά, με την έκθεση αποβλήτων στο λιμάνι.
Νέα Χαμηλής Περιεκτικότητας σε Θείο Καύσιμα
Νέα, χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο αναμεμιγμένα καύσιμα (0,5% S) θα είναι διαθέσιμα στην αγορά το 2020. Αναμένεται ότι ένα πολυποίκιλο εύρος προϊόντων θα είναι διαθέσιμο σε διάφορα μέρη ανά τον κόσμο, ανάλογα με την τοπική τεχνολογία των διυλιστηρίων και την ποιότητα του ακατέργαστου πετρελαίου. Αυτά τα καύσιμα μπορεί να αποδειχθούν να έχουν διαφορετική σύσταση από τα επί του παρόντος διαθέσιμα HFO, συνεπώς το να προβλέψουμε τη συμβατότητά τους με μία άλλη παρτίδα καυσίμων, ίσως να αποτελέσει μια πρόκληση. Είναι αναμενόμενο ότι θα είναι απαραίτητες κάποιες προφυλάξεις, σχετικά με την αποθήκευση και την ανάμιξη των καυσίμων. Το ISO 8217 Fuel Standard working group καταβάλλει προσπάθεια για την επιλογή δοκιμαστικών μεθόδων για σταθερότητα και συμβατότητα των καυσίμων. Ένα προσχέδιο υπόδειγμα θα είναι διαθέσιμο το φθινόπωρο του 2019, ενώ το αναβαθμισμένο υπόδειγμα αναμένεται να δημοσιοποιηθεί το 2022. Τα πρώτα δείγματα αναμεμιγμένων καυσίμων περιμένουμε να καταστούν διαθέσιμα αργότερα αυτό το χρόνο, κατι που θα επιτρέψει σε όλους τους ενδιαφερόμενους να αποκτήσουν εμπειρία κατά τη χρήση τους.
Αυτές είναι μερικές από τις πρακτικές προκλήσεις που προκύπτουν από τη μείωση του θείου. Την ίδια στιγμή, η παγκόσμια επιταχυνόμενη τάση για περιορισμό του NOx, CO2 και τις εκπομπες σωματιδίων είναι αρκετός λόγος για να εντείνουμε την έρευνα για καύσιμα και τεχνολογίες που θα βοηθήσουν να αντιμετωπιστούν μελλοντικές προκλησεις.
Πιθανές Εναλλακτικές Επιλογές
Ανάμεσα στα εναλλακτικά καύσιμα για πλοία, για τα οποία γίνεται συζήτηση για να αντικαταστήσουν τα συμβατικά καύσιμα, η DNV GL θεωρεί το LNG, το LPG, τη μεθανόλη, τα biofuels και το υδρογόνο ως τις πιο πολλά υποσχόμενες επιλογές.
Tο 2016 η πρώτη μηχανή διπλού καυσίμου με υγρό χαμηλού σημείου ανάφλεξης (όχι ιδιαίτερα εύφλεκτο) LFL καύσιμο, εγκαταστάθηκε σε ένα ocean-going tanker, που χρησιμοποιύσε μεθανόλη ως καύσιμο. Η μεθανόλη περιορίζει τους ρύπους θείου (SOx) κατά περίπου 95% και του οξειδίου του αζώτου (NOx) κατά περίπου 30% συγκριτικά με τα συμβατικά diesel καύσιμα. Τα πλοία που ανήκουν στην κλάση DNV GL έχουν λάβει την πρόσθετη σημείωση LFL FUELED για να επιδείξουν συμμόρφωση με τους DNV GL κανόνες για τα χαμηλού σημείου ανάφλεξης υγρά καύσιμα (LFL). Ο DNV GL ήταν ο πρώτος νηογνώμονας που δημοσίευσε κανονισμούς σχετικά με LFL marine fuels τον Ιούλιο του 2013, προκειμένου να εξασφαλίσει ότι η ρύθμιση και η εγκατάσταση αυτών των συστημάτων έχουν ένα αντίστοιχο επίπεδο ακεραιότητας, όσον αφορά την ασφάλεια και τη διαθεσιμότητα ως συμβατικό σύστημα. Η μεθανόλη παράγεται σήμερα κυρίως από φυσικό αέριο, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί από ανανεώσιμες πηγές, όπως biomass, ανακυκλωμένο διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο, ή απόβλητα γεωργίας και ξυλείας. H περιεκτικότητα σε ενέργεια είναι περίπου η μισή από αυτήν των πρότυπων heavy fuel oil, αλλά δεδομένου ότι είναι σε υγρή μορφή, η μεθανόλη μπορεί να διαχειριστεί με τη χρήση σχετικά απλών αποθηκευτικών λύσεων, χωρίς να χρειάζεται να προσωρήσουν σε εκτενείς τροποποιήσεις.
Τα πρώτα LNG ενισχυμένα Afromax crude oil tankers θα κυκλοφορήσουν αυτή τη χρονιά. Τα νέα Afromax πλοία θα είναι εξοπλισμένα με χαμηλής πίεσης X-DF dual-fuel μηχανές που θα απαντούν στις Tier III απαιτήσεις με όλους τους τρόπους διαχείρισης. Οι πρώτες τέσσερις μονάδες θα έχουν LNG καύσιμα, ή θα μπορούν να χρησιμοποιήσουν είτε LNG είτε τα πρότυπα καύσιμα πλοίων. Τα τάνκερς θα λάβουν το DNV GL Clean (Design, Tier III) class notation. Όταν δεν θα λειτουργούν με LNG καύσιμα, η χρήση τεχνολογίας καταλύτη (Selective Catalytic Reduction – SCR) θα εξασφαλίσει την ευθυγράμμιση με τους κανονισμούς για το Tier III που διέπουν τις εκπομπές οξειδίου του αζώτου.
Όπως η DMV GL Perfect Ship Concept μελέτη έχει καταδείξει, η γνωστή combined cycle gas και steam turbine τεχνολογία μπορεί να αποτελέσει μία βιώσιμη λύση για πλοία που κυμαίνονται πάνω από 30 megawatts, όταν τα καύσιμα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο χρησιμοποιούνται.
Άλλες νέες τεχνολογίες με μία εν δυνάμει εφαρμογή σε οριμένους τύπους πλοίων περιλαμβάνουν συτήματα μπαταρίας, κυψέλης καυσίμων και προώθησης με τη βοήθεια αιολικής ενέργειας (wind-assisted propulsion systems). Τα μεγαλύτερα εμπόδια για άλλα εναλλακτικά καύσιμα πλοίων και τεχνολογίες προώθησης δεν σχετίζονται με οτιδήποτε χρειάζεται για να εφαρμοστεί σημερινή τεχνολογία engine και gas turbine. Από κοινού με τα χαμηλών εκπομπών ρύπων καύσιμα (low-emission fuels) που προαναφέρθηκαν, είναι εύκολα διαθέσιμα, ή μπορούν να αναπτυχθούν χωρίς σημαντική προσπάθεια. Η τεχνολογία κυψέλης καυσίμων σε συνδυασμό με διάφορα καύσιμα μπορούν να επιτύχουν αποδοτικότητες ισάξιες, ή και καλύτερες από αυτές των τωρινών συστημάτων προώθησης. Παρ’ όλα αυτά, η εφαρμογή κυψέλης καυσίμων για τα πλοία είναι σε πολύ πρώιμο στάδιο. Οι πιο προηγμένες εξελίξεις είναι αυτές που σχετίζονται με το e4ships lighthouse project στη Γερμανία, με Meyer Werft και Thyssen Krupp Marine Systems, κάτι που υποστηρίζεται από τη DNV GL, οδηγώντας τις πρωτοβουλίες για τα θαλαρροπόρα πλοία. Η wind-assisted propulsion ομοίως έχει μία συγκεκριμένη δυνατότητα να μειώσει την κατανάλωση καυσίμων, ειδικά στα αργά πλοία, αλλά η επιχειρηματική υπόθεση παραμένει πρόκληση.
Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται για αποθήκευση ενέργειας, ενώ δεν είναι πρωταρχική πηγή ενέργειας, έχουν μια καθοριστική δυνατότητα για τα πλοία που διανύουν μικρές αποστάσεις, ή σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας για κάθε πλοίο, αν χρησιμοποιηθούν για να αυξήσουν την αποδοτικότητα του συστήματος προώθησης. Για τα ποντοπόρα πλοία, η σημερινή τεχνολογία μπαταριών δεν μπορεί να αντικαταστήσει τα υγρά ή τα αέρια καύσιμα.
Πού Πάμε από Εδώ ?
Οι πρωταρχικές προκλήσεις που σχετίζονται με τα εναλλακτικά καύσιμα στη ναυτιλία προκύπτουν από περιβαλλοντικούς παράγοντες, τη διαθεσιμότητα επαρκούς ποσότητας καυσίμων, το κόστος των καυσίμων και τους κανόνες του IGF Code. Προκλήσεις σχετικά με το κόστος και το περιβάλλον συνεχίζουν να στρέφουν την προσοχή σε στα εναλλακτικά καύσιμα πλοίων, αλλά ο αριθμός των πραγματικών υποψήφιων επιλογών παραμένει χαμηλός. Εφόσον τα LNG καύσιμα ξεπεράσουν τις αντιξοότητες της διεθνούς νομοθεσίας, η μεθανόλη και τα biofuels θα ακολουθήσουν πολύ σύντομα. Η διαμόρφωση κανόνων για LPG και υδρογόνο, στο πλαίσιο του IMO IGF Code, θα καθυστερήσει σημαντικά. …
Μία έντονη αύξηση στη ζήτηση, χωρίς αμφιβολία, θα απαιτούσε μαζικές επενδύσεις στη δυνατότητα παραγωγής, εκτός των LNG, που μπορούν να είναι διαθέσιμα σε υψηλότερες ποσότητες, απ ο,τι στην επι του παρόντος προβλεπόμενη ζήτηση.
Χωρίς κυβερνητική ενέργεια με τη μορφή της φοροαπαλλαγής, ή της επιχορήγησης, θα αποβεί ιδιαίτερα δύσκολο για τα ανανεώσιμα καύσιμα να ανταγωνιστούν τις τιμές των παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων. Τα LNG και τα LPG είναι τα μοναδικά ορυκτά καύσιμα που είναι ικανά να επιτύχουν μία λογική μείωση του διοξειδίου του άνθρακα στα επόμενα πέντε με δέκα χρόνια. Η “CO2 – neutral” ναυτιλία φαίνεται να είναι δυνατή μόνο με καύσιμα που θα έχουν παραχθεί από ανανεώσιμες πηγές. Εαν η ναυτιλία καταλήξει στα συνθετικά καύσιμα κατασκευασμένα από υδρογόνο και CO2 χρησιμοποιώντας ανανεώσιμη ενέργεια, οι διαθέσιμες εναλλακτικές θα είναι το υγροποιημένο μεθάνιο (το οποίο είναι παρόμοιο με τα LNG καύσιμα) και καύσιμα παρόμοια των diesel.