التحضير لـ IMO 2020: حلول الانبعاثات البحرية

الصورة: دانفوس

الجزء الأول: تعزيز المحركات والوقود

"تتوقع Wood Mackenzie زيادة بنسبة 25 في المائة في سعر الوقود الذي يحتوي على نسبة أقل من الكبريت استنادًا إلى معدل تبني غاسل الأوكسجين بنسبة 2 في المائة ، لكن بعض السيناريوهات قد تتسبب في ارتفاع أسعار LSFO بنسبة تصل إلى 60 في المائة."

يتم حوالي 80 في المئة من التجارة العالمية عن طريق البحر. مع أكثر من 125000 سفينة تجارية وبحرية تعمل في جميع أنحاء العالم ، من المتوقع أن ترتفع انبعاثات محركات السفن بنسبة 250 في المائة بحلول عام 2050 ما لم يتم فرض ضوابط. يعد التلوث الناجم عن محركات السفن بالغ الأهمية لدرجة أنه في عام 2016 أصدرت المنظمة البحرية الدولية (IMO) "قاعدة IMO 2020" لخفض محتوى كبريت الوقود بنسبة 86 في المائة بحلول عام 2020. ويساهم أحد مكونات الأمطار الحمضية وانبعاثات أكسيد الكبريت (SOx) في المحيط تحمض يضر بالموائل والنظم الإيكولوجية البحرية. للامتثال لنظام IMO 2020 ، لدى مشغلي السفن التجارية وأصحابها طريقان لاتخاذهما:

1) تحسين المحركات والوقود: يمكن لمشغلي السفن التجارية شراء زيت وقود منخفض الكبريت منخفض التكلفة (LSFO) أو وقود جزيئي بحري (MGO) - أو مقابل تكلفة رأسمالية عالية أولية ، يمكنهم إعادة تركيب أنظمة المحرك الخاصة بهم باستخدام أجهزة تنقية الغاز لإزالة الأكسجين من الانبعاثات في الوقود التقليدي.

2) استخدام أنظمة الدفع البديلة: يمكن للمشغلين التحويل إلى أنظمة الدفع البديلة ، مثل الغاز الطبيعي المسال (LNG) أو الأنظمة الكهربائية الحديثة التي تعتمد تقنيات هجينة تدمج تخزين الطاقة.

لفهم أفضل مسار يجب اتباعه ، يُنصح مشغلي السفن ومالكيها بالنظر في كيفية تأثير اللوائح على تكلفة وتوافر LSFO ، وقيمة استخدام المحركات والوقود المحسَّن ، وقيمة استخدام تقنيات القيادة الهجينة / الكهربائية بديل لسفينة تعمل بالوقود الأحفوري بنسبة 100٪.

اللوائح ، تكاليف الوقود وتوافر
تتطلب قاعدة IMO 2020 من السفن استخدام وقود MGO مع نسبة لا تزيد عن 0.5 في المائة من الكبريت مقارنة بالحد الحالي البالغ 3.5 في المائة. في السفن العاملة في مناطق التحكم في الانبعاثات (ECAs) ، والتي تمتد في أمريكا الشمالية على بعد 200 ميل بحري من السواحل الأمريكية ، يظل حد محتوى الكبريت عند مستوى عام 2015 وهو 0.1 في المائة.

تحدث مركبات الكبريت والكبريت بشكل طبيعي في البترول ، والمطلوب معالجة خاصة أو خام منخفض الكبريت لإنتاج وقود يحتوي على نسبة منخفضة من الكبريت. بسبب قلة الإمدادات والطلب القوي مع اقتراب عام 2020 ، ليس هناك ما يضمن أن إمدادات LSFO ستكون كافية. ولكي تكون واثقًا في تحقيق هذا التخفيض من 3.5 في المائة إلى 0.5 في المائة ، سيحتاج المشغلون إلى القيام بتخطيط مهم لضمان توفير الوقود لسفينتهم أو أسطولهم لتجنب فرض عقوبات.

قد يؤدي النقص المحتمل إلى تقلبات كبيرة في الأسعار ، مما يجعل سيناريوهات الموازنة والاستثمار معقدة. يتوقع المحلل في الصناعة وود ماكنزي زيادة بنسبة 25 في المائة في سعر الوقود الذي يحتوي على نسبة أقل من الكبريت استنادًا إلى معدل تبني غاسل الأوكسجين بنسبة 2 في المائة ، لكن بعض السيناريوهات قد تتسبب في ارتفاع أسعار LSFO بنسبة تصل إلى 60 في المائة.

يوضح الشكل 1. نطاقات السعر الممكنة في المتوسط. بلغ متوسط سعر الأطنان المترية للوقود 225 دولارًا بين عامي 2012 و 2017. اعتبارًا من 1 أكتوبر 2018 ، كان سعر مستودع وقود هيوستن هو 465 دولارًا لزيت الوقود الوسيط (IFO380 = 3.5٪ كبريت) و 745 دولارًا للوقود البحري (MGO = 0.5٪ من الكبريت) ، بفجوة سعرية قدرها 280 دولارًا.

في سيناريو آخر ، يشير تحليل أجرته شركة ستيل ووتر أسوشيتس إلى أن روتردام LSFO إلى فروق أسعار زيت الوقود الكبريت (HSFO) سترتفع من دولارين في منتصف عام 2018 إلى 19 دولارًا للبرميل في نهاية عام 2019 ، مما يمثل زيادة في نسبة الانتشار من 3 في المائة إلى 35 في المئة على مدى 18 شهرا ، تحسبا لارتفاع حاد في الطلب على الوقود المتوافق.

يتنبأ بمزيد من التعقيد ، يفترض المحللون الذين استشهد بهم Wood Mackenzie أن معدل التبني المنخفض للغاية لأجهزة التنظيف المستخدمة في إزالة SOx يمكن أن يقود موردي الوقود إلى التخلي عن إمدادات HSFO بشكل عام ، مما يثبط المزيد من اعتماد أجهزة التنظيف.

بشكل عام ، تشير هذه السيناريوهات إلى عدم اليقين المحيط بأسعار وأسعار LSFO. إذا لم تكن سلاسل الإمداد بالكميات وأنواع الوقود الضرورية جاهزة ، فقد تتعطل العمليات البحرية العالمية.

من منظور عالمي ، تعد المعايير والأسواق الاسكندنافية الأكثر تقدمًا في الانتقال إلى MGO منخفضة الكبريت ، كما يتضح من التبني السريع لتقنيات الانبعاثات الصفرية في العديد من المجاري المائية. هذه التطورات بمثابة مثال على كيفية استجابة بقية العالم.
في مستهل الطريق في أمريكا الشمالية ، يستهدف ميناء لونج بيتش (PLB) صفر انبعاثات بحلول عام 2035. بدءًا من الآن ، بدأت بالفعل تغييرات جوهرية ستؤثر بالفعل على شراء المعدات للوفاء بمعايير الانبعاثات. الموانئ الأخرى على الساحل الغربي لديها أيضًا إستراتيجيات جريئة ، بعد تقدم PLB.

تحسينات الوقود والمحركات
عند التفكير في الامتثال لنظام IMO 2020 ، يفكر معظم المشغلين بشكل طبيعي في تكييف سفنهم ومحركاتهم لاستخدام أي أنواع الوقود التي قد تكون متاحة. عند اتخاذ هذا المسار ، يتوفر لمالكي السفن ثلاثة خيارات:

1.استخدم خيارات التكنولوجيا التي يمكن أن تستخدم الوقود عالي الكبريت منخفض التكلفة (HFO) مع أجهزة تنقية SOx أو أنظمة تنظيف غاز العادم (انظر المناقشة أدناه)

2. استخدم LSFO و MGO المتاحة بتكلفة متغيرة أعلى ، ولكن يتجنب الاستثمار في النفقات الرأسمالية لأجهزة التنظيف أو حلول غاز العادم

3. استخدم الغاز الطبيعي المسال (LNG) ، وهو وقود خالٍ من الكبريت تقريبًا. أسعار الغاز الطبيعي المسال تعادل بشكل عام أو تقل عن HFO ، ولكن مرافق التوزيع ليست منتشرة على نطاق واسع بسبب الطلب المحدود اليوم وارتفاع تكاليف تطوير البنية التحتية. على هذا النحو ، فإن مدى توافر الغاز الطبيعي المسال في المستقبل أمر مشكوك فيه. بعض الموانئ مستعدة للاستثمار ، لكن الغاز الطبيعي المسال لن يكون متاحًا في كل مكان. علاوة على ذلك ، يتطلب التحول إلى الغاز الطبيعي المسال التحويل إلى نظام مختلف لإدارة الوقود يستخدم وحدات تبريد كبيرة للحفاظ على الغاز في حالة سائلة.

كبديل للتعرض للتكاليف المتغيرة لـ LSFO ، يمكن للمالكين والمشغلين تلبية معايير الانبعاثات لعام 2020 من خلال الاستثمار في خيارات تقنية متنوعة يمكن أن تستخدم HFO. على سبيل المثال ، تتوفر تصاميم المحركات البحرية المتقدمة التي تتوافق مع معايير محرك المستوى 4 من وكالة حماية البيئة الأمريكية. تتضمن محركات المستوى 4 العديد من التقنيات المتقدمة - بما في ذلك التخفيض الحفاز الانتقائي (SCR) وإعادة تدوير غاز العادم (EGR) (الشكل 2). تعمل هاتان التقنيتان على تقليل انبعاثات أكسيد النيتروجين بشكل كبير من أجل الامتثال في مناطق التحكم في انبعاثات أكاسيد النيتروجين مثل بحر الشمال.

لتحقيق تخفيضات انبعاثات المحركات البحرية ، يستخدم مصنعو المحركات عدة طرق مختلفة ، مثل:
1. باستخدام نظام العادم المعياري للمعالجة (EAT) لتلبية المستوى 4 لقوارب العمل ، مما يتيح وضع مكونات مرنة لمصممي السفن. يستخدم نظام SCR المطلي بالفاناديوم لمقاومة أكبر للكبريت ، مما يسمح باستخدام وقود الديزل عالي الكبريت.

2. باستخدام تقنية المستوى 4 SCR لتقليل استهلاك الوقود واليوريا مقارنة بأنواع محركات المستوى 3 ، مع تحقيق كفاءة عالية للمحرك وأداء الانبعاثات. علاوة على ذلك ، يكون الوزن أقل بنسبة 50 في المائة ، كما أن تسريع القدرة الكاملة يكون أسرع ولا يتم إيقاف أداء المحرك في حالة فشل نظام SCR.

3. استخدام محركات جاهزة للغاز الطبيعي المسال بالإضافة إلى أنظمة الدفع الكهربائية والهجينة التي تشتمل على أنظمة التحكم والتشغيل الآلي والتحكم في الانبعاثات. (يمكن أيضًا استخدام وقود LNG ووقود "مختلط" أو منخفض الكبريت مع محركات المستوى 3 لتلبية متطلبات منطقة التحكم في الانبعاثات.)

4. باستخدام مزيج من جميع التقنيات المتاحة مع تعزيز EGR كوسيلة لاستخدام SCR أصغر.

تعتبر مستشعرات الانبعاثات مكونات أساسية تستخدم في أنظمة عادم المحرك لتتبع واثبات الامتثال للانبعاثات. مثال على تقنية استشعار الانبعاث في الموقع هي مستشعر الانبعاثات البحرية MES 1001 الذي توفره شركة Danfoss IXA. يضمن MES 1001 أن تبديل الوقود وأنظمة تعمل من خلال الجمع بين مراقبة الانبعاثات المستمرة وجمع البيانات للسلطات. يمكن لأجهزة الاستشعار أيضا تقديم البيانات للتحكم في جرعة اليوريا SCR ، وتحسين استخدام الموارد وأداء النظام.

بالنسبة لأصحاب السفن المهتمين بتقليل استهلاك الوقود الأحفوري ، فإن تقنيات التهجين والكهربة تكمل أو تقدم بديلاً فعالًا مع العديد من الفوائد. ابحث عن الجزء الثاني من هذه المقالة في إصدار "Green Marine" الصادر في مايو 2019 لمعرفة المزيد حول قيمة استخدام أنظمة الدفع البديلة لتلبية المنظمة البحرية الدولية 2020.

المؤلفون

جيم ليرنر هو نائب رئيس قسم المبيعات في شرق الولايات المتحدة لشركة Danfoss Drives في هيوستن بتكساس. تشمل خلفيته 33 عامًا في الصناعة الكهروميكانيكية وأربع سنوات في الهندسة التقنية الكهربائية / الاتصالات السلكية واللاسلكية. حاصل على شهادات في الأعمال المالية والتسويق. جون هولواي هو رئيس الاستراتيجية لشركة Danfoss Power Solutions ومقرها هامبورغ بألمانيا. شغل سابقًا منصب مدير التسويق الاستراتيجي لشركة Danfoss في أمريكا الشمالية ، وله خلفية في التمويل والاستراتيجية والتسويق.