Vorbereitung auf die IMO 2020: Marine Emission Solutions

Bild: Danfoss

Teil I: Motoren und Kraftstoffe verbessern

"Wood Mackenzie prognostiziert einen Preisanstieg um 25 Prozent für Kraftstoff mit niedrigerem Schwefelgehalt, basierend auf einer SOx-Scrubber-Einführungsrate von etwa zwei Prozent. In einigen Szenarien könnten die LSFO-Preise jedoch um bis zu 60 Prozent steigen."

Rund 80 Prozent des Welthandels werden auf dem Seeweg abgewickelt. Bei mehr als 125.000 Handels- und Marineschiffen auf der ganzen Welt werden die Schiffsmotorenemissionen bis 2050 voraussichtlich um 250 Prozent steigen, sofern keine Kontrollen durchgeführt werden. Die Verschmutzung durch Schiffsmotoren ist so bedeutend, dass die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) 2016 die "IMO 2020-Regel" herausgab, um den Schwefelgehalt von Treibstoffen bis 2020 um 86 Prozent zu senken. Schwefeloxid (SOx), ein Bestandteil des sauren Regens, trägt zum Meer bei Versauerung, die marine Lebensräume und Ökosysteme schädigt. Um die IMO 2020 einzuhalten, müssen gewerbliche Schiffsbetreiber und Eigner zwei Wege einschlagen:

1) Motoren und Kraftstoffe verbessern: Gewerbliche Schiffsbetreiber können schwefelarmes Heizöl (LSFO) oder Schiffsgasöl (MGO) zu höheren Kosten erwerben. Gegen hohe Anschaffungskosten können sie ihre Motorsysteme mit Gaswäschern ausrüsten, um SOx aus den Emissionen zu entfernen konventionelle Kraftstoffe.

2) Alternative Antriebssysteme verwenden: Betreiber können auf alternative Antriebssysteme wie Flüssigerdgas (LNG) oder moderne elektrische Systeme umsteigen, die Hybridtechnologien verwenden, die Energiespeicher integrieren.

Um ein Verständnis für den besten Kurs zu erlangen, sollten Schiffsbetreiber und Eigner überlegen, wie sich Vorschriften auf die Kosten und Verfügbarkeit von LSFO, den Wert der Verwendung verbesserter Motoren und Kraftstoffe und den Wert des Einsatzes von Hybrid- / Elektroantriebstechnologien auswirken eine Alternative zu einem zu 100 Prozent fossilen Schiff.

Vorschriften, Kraftstoffkosten und Verfügbarkeit
Die IMO 2020-Regel schreibt vor, dass Schiffe MGO-Kraftstoffe mit einem Schwefelgehalt von höchstens 0,5 Prozent verwenden müssen, während der derzeitige Grenzwert bei 3,5 Prozent liegt. Bei Schiffen, die in Emissionskontrollgebieten (ECAs) eingesetzt werden, die sich in Nordamerika über 200 Seemeilen von den US-Küsten erstrecken, bleibt der Schwefelgehalt auf dem Stand von 2015 von 0,1 Prozent.

Schwefel und Schwefelverbindungen kommen in Erdöl auf natürliche Weise vor, und zur Herstellung von Kraftstoff mit niedrigem Schwefelgehalt ist eine spezielle Verarbeitung oder ein schwefelarmes Ausgangsmaterial erforderlich. Aufgrund des knappen Angebots und der starken Nachfrage vor dem Jahr 2020 kann nicht garantiert werden, dass das LSFO-Angebot ausreicht. Um zuversichtlich zu sein, die Reduzierung von 3,5 Prozent auf 0,5 Prozent zu erreichen, müssen die Betreiber umfangreiche Planungen vornehmen, um sicherzustellen, dass für ihr Schiff oder ihre Flotte Kraftstoff zur Verfügung steht, um Strafen zu vermeiden.

Mögliche Engpässe könnten zu erheblichen Preisschwankungen führen und die Budget- und Investitionsszenarien komplexer machen. Der Branchenanalyst Wood Mackenzie prognostiziert einen Preisanstieg für Kraftstoff mit niedrigerem Schwefelgehalt um 25 Prozent, basierend auf einer SOx-Scrubber-Einführungsrate von etwa zwei Prozent. In einigen Szenarien könnten die LSFO-Preise jedoch um bis zu 60 Prozent steigen.

Die möglichen Preisspannen sind in Abbildung 1 dargestellt. Die durchschnittliche Preisprämie pro Tonne Kraftstoff lag zwischen 2012 und 2017 bei 225 USD. Zum 1. Oktober 2018 betrug der Preis für den Houston-Bunker 465 USD für Zwischenkraftstoff (IFO380 = 3,5% Schwefel). und 745 USD für Schiffsgasöl (MGO = 0,5% Schwefel), eine Preislücke von 280 USD.

In einem anderen Szenario geht aus einer Analyse von Stillwater Associates hervor, dass die Spreads von LSFO zu schwefelreichem Heizöl (HSFO) in Rotterdam von 2 USD Mitte 2018 auf 19 USD pro Barrel Ende 2019 steigen werden, was einer prozentualen Erhöhung der Spreads von 3 Prozent auf 35 entspricht Prozent über 18 Monate in Erwartung eines starken Anstiegs der Nachfrage nach konformem Kraftstoff.

Angesichts der zunehmenden Komplexität gehen die von Wood Mackenzie zitierten Analysten davon aus, dass die sehr geringe Akzeptanz der zur Entfernung von SOx verwendeten Gaswäscher dazu führen könnte, dass die Brennstofflieferanten das HSFO-Angebot insgesamt aus dem Verkehr ziehen, was die weitere Akzeptanz von Gaswäschern negativ beeinflusst.

Insgesamt zeigen diese Szenarien die Unsicherheit hinsichtlich der LSFO-Preise und -Verfügbarkeit. Wenn die Lieferketten für die erforderlichen Mengen und Arten von Kraftstoff nicht bereit sind, könnte der weltweite Schiffsbetrieb gestört werden.

Aus globaler Sicht sind nordische Standards und Märkte die fortschrittlichsten bei der Umstellung auf schwefelarme MGO, was durch die rasche Einführung emissionsfreier Technologien in mehreren Wasserstraßen belegt wird. Diese Entwicklungen sind ein Beispiel dafür, wie der Rest der Welt reagieren kann.
Der Hafen von Long Beach (PLB) ist führend in Nordamerika und strebt bis 2035 eine Emissionsfreiheit an. Ab sofort werden bereits wesentliche Änderungen vorgenommen, die sich auf den Kauf von Geräten auswirken werden, um die Emissionsstandards zu erfüllen. Andere Häfen an der Westküste verfolgen ebenfalls mutige Strategien, die der Führung von PLB folgen.

Kraftstoff- und Motorverbesserungen
Bei der Prüfung der Einhaltung der IMO 2020 denken die meisten Betreiber natürlich darüber nach, ihre Schiffe und Motoren so anzupassen, dass sie die verfügbaren Kraftstoffe verwenden können. Auf dieser Strecke haben Schiffseigner drei Möglichkeiten:

1.Verwenden Sie Technologieoptionen, die kostengünstigen Kraftstoff mit hohem Schwefelgehalt (HFO) für SOx-Wäscher oder Abgasreinigungssysteme verwenden können (siehe Diskussion unten).

2.Verwenden Sie verfügbare LSFOs und MGOs zu höheren variablen Kosten, um Investitionskosten für Gaswäscher oder Abgaslösungen zu vermeiden

3. Verwenden Sie Flüssigerdgas (LNG), einen Kraftstoff, der praktisch schwefelfrei ist. Die LNG-Preise sind im Allgemeinen gleich oder niedriger als die HFO-Preise. Aufgrund der begrenzten Nachfrage und der hohen Infrastrukturentwicklungskosten sind die Vertriebseinrichtungen jedoch nicht weit verbreitet. Daher ist das Ausmaß der zukünftigen Verfügbarkeit von LNG fraglich. Einige Häfen sind bereit zu investieren, aber LNG wird nicht überall verfügbar sein. Darüber hinaus erfordert die Umstellung auf LNG die Umstellung auf ein anderes Kraftstoffmanagementsystem, bei dem große Kühleinheiten eingesetzt werden, um das Gas im flüssigen Zustand zu halten.

Als Alternative zu den variablen Kosten von LSFO können Eigentümer und Betreiber die Emissionsstandards von 2020 erfüllen, indem sie in verschiedene Technologieoptionen investieren, die HFO nutzen können. Zum Beispiel sind fortschrittliche Schiffsmotorkonstruktionen erhältlich, die den Tier 4-Motorstandards der US-Umweltschutzbehörde entsprechen. Tier 4-Motoren verfügen über mehrere fortschrittliche Technologien, einschließlich selektiver katalytischer Reduktion (SCR) und Abgasrückführung (AGR) (Abbildung 2). Diese beiden Technologien reduzieren die Stickoxidemissionen (NOx) erheblich, um die NOx-Emissionsgrenzwerte in Gebieten wie der Nordsee einzuhalten.

Um die Emissionen von Schiffsmotoren zu reduzieren, verfolgen die Motorenhersteller verschiedene Ansätze:
1.Modulares Abgasnachbehandlungssystem (EAT) zur Erfüllung von Tier 4 für Arbeitsboote, um Schiffskonstrukteuren eine flexible Platzierung der Komponenten zu ermöglichen. Ein mit Vanadium beschichtetes SCR-System sorgt für eine höhere Schwefelbeständigkeit und ermöglicht die Verwendung von Dieselkraftstoff mit hohem Schwefelgehalt.

2. Verwendung der Tier 4 SCR-Technologie zur Senkung des Kraftstoff- und Harnstoffverbrauchs im Vergleich zu Tier 3-Motortypen bei gleichzeitig hoher Motoreffizienz und Emissionsleistung. Darüber hinaus ist das Gewicht um 50 Prozent geringer, die Beschleunigung bei voller Leistung ist schneller und die Motorleistung wird nicht herabgesetzt, wenn das SCR-System ausfällt.

3. Verwendung von LNG-bereiten Motoren zusätzlich zu Elektro- und Hybridantriebssystemen mit Analyse-, Automatisierungs- und Emissionskontrollsystemen. (Die Verwendung von LNG und "Hybrid" - oder schwefelarmen Kraftstoffen kann auch mit Tier 3-Motoren erfolgen, um die Anforderungen des Emissionskontrollbereichs zu erfüllen.)

4. Verwendung einer Kombination aller verfügbaren Technologien bei gleichzeitiger Förderung der AGR als Möglichkeit zur Verwendung kleinerer SCR.

Emissionssensoren sind kritische Komponenten, die in Motorabgassystemen verwendet werden, um die Einhaltung von Emissionen zu verfolgen und nachzuweisen. Ein Beispiel für eine In-situ-Emissionssensortechnologie ist der von Danfoss IXA angebotene Marine-Emissionssensor MES 1001. Das MES 1001 stellt sicher, dass Kraftstoffwechsel und -systeme funktionieren, indem es eine kontinuierliche Emissionsüberwachung und Datenerfassung für Behörden kombiniert. Die Sensoren können auch Daten liefern, um die SCR-Harnstoffdosierung zu steuern und so die Ressourcennutzung und die Systemleistung zu verbessern.

Für Schiffseigner, die an einer Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe interessiert sind, ergänzen oder bieten Hybridisierungs- und Elektrifizierungstechnologien eine effektive Alternative mit vielen Vorteilen. Lesen Sie Teil II dieses Artikels in der Ausgabe „Green Marine“ vom Mai 2019, um mehr über den Nutzen alternativer Antriebssysteme für die Erfüllung der IMO 2020 zu erfahren.

Die Autoren

Jim Lerner ist Vice President Sales, Eastern US, bei Danfoss Drives in Houston, Texas. Sein Hintergrund umfasst 33 Jahre in der elektromechanischen Industrie und vier Jahre in der Elektrotechnik / Telekommunikationstechnik. Er hat Diplome in Business Financials und Marketing. Jon Holloway ist der Leiter der Strategie für Danfoss Power Solutions mit Sitz in Hamburg. Zuvor war er Director of Strategic Marketing bei Danfoss in Nordamerika und hat einen Hintergrund in den Bereichen Finanzen, Strategie und Marketing.