Scheepsbrandstoffen in het zwavelarme tijdperk

Alternatieven voor zwavelemissies

Het is gebruikelijk om de nieuwe IMO-voorschriften te zien als het begin van het laagzwavelige tijdperk, maar in feite begint dat tijdperk met minder zwavel pas na 2020.

Zwavel is een element dat van nature voorkomt en aanwezig is in alle fossiele brandstoffen. Zwavel is een belangrijk element voor het leven, maar de aanwezigheid ervan in hoge concentraties in de lucht, in de vorm van zwaveloxiden (SOx), kan veel ernstige gezondheids- en milieuproblemen veroorzaken.

Tot nu toe was de scheepvaartindustrie een van de grootste bronnen van SOx-uitstoot - in 2007 stootten schepen bijvoorbeeld 15 miljoen ton SOx uit, zo'n 5 - 8% van de wereldwijde uitstoot. Maar dit zal snel veranderen.

IMO begon met het regelen van de milieueffecten van de scheepvaart met MARPOL 73/78 (het Internationaal Verdrag ter voorkoming van verontreiniging door schepen, 1973 zoals gewijzigd door het Protocol van 1978).

Vervolgens werd in 2005 bijlage VI van het verdrag van kracht, waarbij voor het eerst de zwaveloxide- (SOx) en stikstofoxide- (NOx) niveaus in scheepsemissies werden beperkt. In termen van SOx werd de eerste globale limiet gesteld op 4,50% massa / massa (m / m) zwavel in stookolie. Daarnaast werden er in Bijlage VI ook emissiecontrolegebieden (ECA) ingesteld, een klein aantal beperkte zones rond verschillende dichtbevolkte gebieden, waar de zwavelgrens veel lager was ingesteld.

In 2012 werd de globale grens verlaagd naar 3,50 % m / m. In 2015 werd de ECA-zonegrens verlaagd naar 0,10 %. In 2020 blijft de ECA-grens gelijk, maar de globale grens daalt naar 0,50 %.

Ondanks enkele zorgen dat zowel de scheepvaart als de raffinaderijen meer tijd nodig hebben om zich voor te bereiden op de verandering, heeft de IMO onlangs bevestigd dat de grens van 0,50 % niet zal worden uitgesteld en dat alle schepen vanaf 1 januari 2020 de regels zullen moeten naleven of zware straffen zullen krijgen, inclusief being declared unseaworthy.

De brandstoffen van het laagzwavelige tijdperk

Terwijl de veranderingen van het afgelopen decennium al invloed hebben gehad op de variëteit aan brandstoffen die wereldwijd beschikbaar zijn, draait de meerderheid van de vloot nog steeds op zware stookolie.

Maar de nieuwe regels, die het huidige zwavelgehalte met 85% zullen verminderen, zullen meer significante veranderingen teweegbrengen dan de industrie ooit heeft gezien. Exploitanten zonder een up-to-date kennis van brandstofparameters en de bijbehorende hanteringsvereisten lopen het risico van hoge kosten en grote problemen.

Tijdens een recente Lloyd’s List Business Briefing merkten panelleden op dat hoewel er geen gecoördineerde aanpak is van de raffinaderijen, het duidelijk is dat de industrie op weg is naar een toekomst met meerdere brandstoffen.

Als we nog verder kijken kunnen we de brandstoffen na 2020 in vijf hoofdcategorieën onderverdelen:

• Stookolie met ultralaag zwavelgehalte (ULSFO), maximaal 0,10 %
• Stookolie met zeer laag zwavelgehalte (VLSFO), maximaal 0,50 %
• Zware stookolie, maximaal 3,50 %
• LNG (vloeibaar aardgas)
• Andere

ULSFO 0,10 % S

De reeks nieuwe brandstoffen die op de markt zijn gekomen om te voldoen aan de ECA-grens van 0,10 % zal gebruikt blijven worden. Deze brandstofsoorten zijn meestal zuivere destillaten. Ze kunnen echter ook hybride zijn - gasolie gemengd met restolie. Over het algemeen werken deze brandstoffen goed met standaard motorconfiguraties, hoewel ze mogelijk operationele wijzigingen vereisen. De destillaten hebben bijvoorbeeld relatief lage viscositeitsgehaltes, die een zorgvuldig beheer vereisen. Sommige van de nieuwe hybride soorten bestaan uit producten die traditioneel niet gebruikt worden in maritieme toepassingen, waardoor onzekerheid ontstaat over stabiliteit, compatibiliteit en vervuiling. Vanwege de potentieel hoge vraag naar deze brandstoffen kan de maritieme sector concurrentie ondervinden van andere industrieën en zullen deze brandstoffen een dure optie zijn.

VLSFO 0,50 % S

Raffinaderijen zullen altijd proactief moeten blijven in het verbruiken van hun restproduct. Het is mogelijk om geschikte restproducten te mengen met laagzwavelige destillaten om brandstoffen van goede kwaliteit te maken, die aan de vereisten voldoen. Deze mengsels kunnen tot 40 % restproduct bevatten, maar toch onder de zwavelgrens van 0,50 % blijven. Er is echter een hoog risico op instabiliteit en ze kunnen mogelijk zeer gevoelig zijn voor vermenging met andere brandstoffen aan boord.

Zware stookolie (HFO) met wassers

Hoewel de IMO-voorschriften worden uitgedrukt in termen van zwavelgehaltes in de brandstof, worden schepen als conform beschouwd als ze reductietechnologie hebben die is aangepast om de zwavel uit hun uitlaatgassen te "wassen". Wassers die al worden gebruikt hebben bewezen hoge gehaltes zwavel in brandstof te kunnen verwerken. Ze maken het voor exploitanten mogelijk om de goedkope, overvloedige restbrandstoffen te blijven gebruiken te ze al goed kennen. Hoewel ze niet geschikt zijn voor alle schepen, zal dit voor velen een aantrekkelijke optie zijn.

LNG

Het zwavelgehalte van LNG ligt ver onder de wettelijke limiet en de schone verbrandingseigenschappen maken het een aantrekkelijke keuze. In de praktijk is het echter voor de meeste exploitanten geen haalbare optie vanwege de kosten voor herplaatsing, productie, transport en opslag (zowel aan wal als aan boord). LNG bevat veel methaan - een krachtig broeikasgas - dus lekkage is een groot probleem voor het milieu. En bij het verbranden van LNG komt er nog steeds meer koolstofdioxide vrij dan veel mensen zich realiseren. Momenteel zijn er slechts ongeveer 200 LNG-schepen in bedrijf of op bestelling. Dit aantal groeit gestaag met nieuwbouw en ExxonMobil schat dat 12 % van de brandstof die in 2040 wordt gebruikt, gas zal zijn. LNG kan met andere woorden de belangrijkste scheepvaartbrandstof van de toekomst worden, maar die toekomst is nog tientallen jaren weg.

Andere

Er is ook een reeks andere brandstofsoorten in opkomst. Dit zijn onder andere biobrandstoffen - ook bekend als FAME (vetzuurmethylether) - brandstoffen gewonnen uit afvalplastic, methanol en andere nieuwe types die nog niet op de markt zijn. Sommige van deze brandstoffen hebben eigenschappen die problematisch zijn voor gebruik op zee, zoals een hoog risico op microbiële groei. Niettemin is biodiesel zwavelvrij en heeft het een relatief hoge smering. Deze soorten brandstoffen blijven te duur om op zichzelf een aantrekkelijke keuze te zijn, maar ze kunnen nuttig zijn om te mengen met andere brandstoffen om het zwavelgehalte te verminderen.

De uitdaging voor verzending

In de overgang naar het 0,50 % -tijdperk is er geen overgangsperiode - zoals hierboven vermeld is er vanaf de eerste dag een strikte naleving vereist. In die zin zal de grootste initiële uitdaging niet zozeer op zee zijn, maar in de toeleveringsketen, waar bunkerschepen gereinigd en klaargemaakt moeten worden en tanks gevuld moeten worden met conforme brandstof.

Desalniettemin zal de beschikbaarheid van zwavelarme brandstoffen niet het grootste probleem zijn voor scheepseigenaren. Het echte probleem zal liggen in het anticiperen op de beschikbaarheid van verschillende brandstofsoorten en het begrijpen van een goed gebruik ervan, per soort en in combinatie met andere brandstoffen. Brandstofspecialist van Lloyd’s Register, Tim Wilson legt het als volgt uit:

De scheepseigenaar moet zich bewust zijn van de risico's als ze geen duidelijk gedefinieerd brandstofbeheer hebben waarin ze rekening houden met de enorme diversiteit en het grote scala aan brandstofformules waarmee ze van bunker tot bunker geconfronteerd zullen worden. Ze kunnen enorme operationele risico's lopen aan boord van schepen.

Instabiliteit

Een brandstof wordt als stabiel beschouwd als deze na verloop van tijd zijn materiaaleigenschappen behoudt. Instabiele brandstoffen ondergaan op korte termijn chemische veranderingen die ernstige operationele problemen kunnen veroorzaken.

In instabiele destillaten worden onverzadigde koolwaterstoffen geoxideerd, waardoor hars, gom en vernis wordt geproduceerd.

In instabiele restbrandstoffen hebben asfaltenen en andere aromatische, polaire koolwaterstofmoleculen de neiging samen te klonteren, wat leidt tot dikke slibvorming in opslagtanks. Dit slib is plakkerig en zeer stroperig.

Een schip dat instabiele brandstoffen gebruikt kan verstopte filters, scheiders en leidingen hebben. Als de brandstofpompen overbelast raken, kunnen er problemen ontstaan met de ontsteking en verbranding en is er risico op permanente schade aan zuigers, zuigerveren en cilindervoeringen. In extreme gevallen kunnen zelfs de hoofd- en hulpmotoren stoppen en daarmee een ernstig gevaar vormen voor het schip en de bemanning.

Incompatibiliteit

Hoewel twee of meer brandstoffen op zichzelf stabiel kunnen zijn, kan bij het samenvoegen ervan een instabiel mengsel ontstaan. Dit wordt incompatibiliteit genoemd.

Het mengen van HFO en VLSFO veroorzaakt bijvoorbeeld waarschijnlijk een instabiele olie. Op dezelfde manier kunnen ULSFO's compatibiliteitsproblemen hebben met HFO, VLSFO en zelfs andere ULSFO's. Aangezien 2020 een nog breder scala aan brandstoffen op de markt brengt, kunnen we ervan uitgaan dat incompatibiliteit een meer wijdverbreid en complex probleem voor de industrie zal worden.

Het belang van het testen van brandstoffen en het reinigen van tanks

De stabiliteits- en compatibiliteitsproblemen die we hebben ondervonden sinds de oprichting van de ECA-zones zullen naar verwachting vanaf 2020 groter worden, omdat leveranciers mengsels maken om bestaande voorraden uit de bunkers op te nemen, of omdat schepen nieuwe brandstoffen opnemen in tanks waarin zich nog restbrandstoffen bevinden.

Het testen van de stabiliteit van nieuwe brandstoffen is absoluut noodzakelijk. Daarom werken ISO WG6 (ISO 8217) en CIMAC WG7 momenteel aan methoden om stabiliteits- en compatibiliteitsproblemen beter te begrijpen. De samenwerking tussen raffinaderijen en testlaboratoria kan er ook toe bijdragen dat de nieuwe producten goed worden begrepen.

Verder moeten exploitanten ervoor zorgen dat de verschillende brandstoffen aan boord gescheiden zijn en dat hun tanks en brandstofbehandelingsleidingen zijn ontworpen om onafhankelijk van elkaar te werken, om het risico op verstopping te beperken. Als het mengen van brandstof onvermijdelijk is, moeten er eerst compabiliteitstests worden uitgevoerd. Eenvoudige tests aan boord zijn mogelijk, maar diepgaande laboratoriumonderzoeken kunnen voor meer zekerheid zorgen.

Standaard moeten de tanks regelmatig worden schoongemaakt om de kans op slibvorming op zee te verkleinen. Evenzo moet de bemanning bijzonder alert zijn op tekenen van incompatibiliteit bij het overschakelen van de ene naar de andere brandstof.

Andere overwegingen

De nieuwe mix van scheepsbrandstoffen zal de complexiteit in andere aspecten van brandstofbehandeling en conditionering doen toenemen. Kort samengevat, enkele van de andere uitdagingen zijn:

• Temperatuur - Verschillende brandstoffen hebben verschillende viscositeiten en vlampunten. Daarom moeten de bedrijfstemperaturen zorgvuldig worden beheerd, zowel om een consistente brandstofstroom te garanderen, zonder thermische schokken in pompen en andere apparatuur te veroorzaken, en om het risico op brand te voorkomen.
• Smering - De bemanning moet zich bewust zijn van de hoeveelheid smeermiddel die elke brandstof bevat en de nodige aanpassingen doen om hun motoren te beschermen.
• Fijne katalysatordeeltjes - Het verwijderen van zwavel uit brandstof vereist katalysatoren, die kleine, harde deeltjes achterlaten, welke motoren en andere apparatuur kunnen beschadigen als ze niet effectief van de brandstof worden gescheiden. Brandstoffen met een laag zwavelgehalte kunnen ook een hoger gehalte aan fijne katalysatordeeltjes hebben.
• Waterverontreiniging - Sommige typen brandstoffen trekken meer water aan dan andere, wat het brandstofverbruik kan verhogen en corrosie van motoren en andere componenten kan veroorzaken als ze niet effectief worden verwijderd.
• Microbiële contaminatie - Vooral biobrandstoffen kunnen gevoelig zijn voor microbiële groei, wat kan leiden tot verstoppingen en corrosie.

Vooruitlopen op de kenniscurve

Omdat de scheepvaartbranche zoveel en zo snel verandert - en omdat zoveel aspecten van de brandstofsituatie na 2020 onzeker blijven - is het van vitaal belang om betrokken te blijven, vooral als we naar het nieuwe tijdperk overstappen.

Kennis en bewustzijn zijn de sleutels tot succes. Het is belangrijk dat alle verantwoordelijke belanghebbenden kennis delen, deskundig advies in winnen en deelnemen aan het gesprek. De website van Alfa Laval Fuel Line en andere opkomende websites hebben als doel te informeren en de dialoog te stimuleren. Het samenwerken als een industrie - van scheepseigenaren en exploitanten, werven, verzekeraars, raffinaderijen, fabrikanten van apparatuur en motoren en leveranciers - biedt de beste kans om veilig door de nog niet in kaart gebrachte wateren te navigeren.