DOSSIER

 

Energietransitie in de scheepvaart ; waar staan we?


De transitie naar een schone scheepvaart is een veelkoppig monster. Waren na jarenlang werken aan regelgeving de eerste koppen van zwavel, stikstofoxiden en roet gesneld, inmiddels groeien er nieuwe koppen aan het monster van de uitgestoten broeikasgassen (CO2 en methaan).

Het grote energieverbruik en de noodzaak tot eveneens grote onafhankelijkheid op met name de vaak lange zeevaarttrajecten vereist energiedichte, klimaatneutrale of liever nog emissieloze energiedragers. Naast grote technologische vernieuwingen rondom de omzettingen naar voortstuwing zijn dus ook oplossingen voor een veilige opslag en productie van deze klimaatneutrale energiedragers nodig.

De scheepvaart is daarnaast een in hoge mate gediversifieerde (gebruik/scheepstypen) en gefragmenteerde (scheepsbouw)industrie en per definitie zeer internationaal en grensoverschrijdend. Praktisch betekent het laatste dat regelgeving bij voorkeur wereldwijd moet gelden en regelgeving op bijvoorbeeld Europese schaal complexe grenscontroles/prijscorrecties nodig maakt. De spreiding in scheepstypen/groottes en handelsroutes vereist veel onderzoek, want een unieke oplossing zal er niet zijn. De variatie in bouw- locaties zal eveneens tot meerdere oplossingen leiden, gedreven als deze zijn door lokale kennis, lokale energiebronnen, specifieke schepeninzet en regionale regelgeving.

De scheepsbouw is een unieke industrie waar vooralsnog standaardoplossingen ontbreken en consolidatie van werven nauwelijks bestaat. Dit in tegenstelling tot de auto-industrie waar auto's er onder de motorkap vaak hetzelfde uitzien en dezelfde componenten en ontwerpen gebruiken. Interessante vraag is of de energietransitie dat in de scheepsbouw gaat veranderen of dat opnieuw een nog grotere variatie van scheepsontwerpen en vermogensoplossingen gaat ontstaan.

In deze editie van SWZ|Maritime komen diverse oplossingsrichtingen (technologisch/operationeel) aan de orde aangevuld met de kernvraag: waar komen welke brandstoffen vandaan en wie gaat ze op zo kort mogelijke termijn veilig beschikbaar maken? Wat gaat de scheepvaart/scheepsbouw meemaken in de komende tijd? Welke rol moet/gaat (inter)nationale (doel?)regelgeving spelen en hoe komen we tot de juiste keuzes? Welke rol kan de industrie eigenlijk spelen?


Technologie & operaties

In dit nummer komen verschillende oplossingen langs voor de vermogensopwekking aan boord naast oplossingen die vooral het energiegebruik willen beperken. Sinds de invoering van Energy Efficiency Design Index (EEDI), nu tien jaar geleden, hebben we al gezien dat vooral de snelle, grote schepen al forse stappen terug hebben gedaan in de operationele vaarsnelheid. Dat betreft in het bijzonder de containerschepen en in mindere mate de passagiers en ro-ro-schepen. Voor deze laatste categorieën zijn de logistieke aspecten van een vaarschema vrij dominant. Dit heeft al tot forse besparingen geleid. Effectief betekent dit helaas dat de totale uitstoot van CO2 door de scheepvaart nog steeds met 9.6 procent (2012-2018) is gegroeid ten gevolge van de stijging van het zeetransportvolume. Per ton vervoerde lading is de uitstoot in de orde van grootte met 25 procent gedaald. Netto is daarmee het aandeel van de scheepvaart in de wereldwijde uitstoot gestegen van 2.76 procent (2012) naar 2.89 procent (2018). Kortom, verdere besparingen en verbeteringen zijn hard nodig.

    
Hydro-aero efficiency

De verbeteringen aan de romp en voortstuwingsinstallaties zullen doorgaan en een impuls krijgen om twee redenen. De nieuwe vermogenssystemen, de langzamere vaart en relatief grotere schepen vanwege de grotere brandstofvolumes kunnen tot nieuwe romp- vormen leiden waarbij men mogelijk kiest voor langere, slankere schepen. De energiebesparende vindingen zullen zich blijven ontwikkelen. De eerlijkheid gebied wel om te zeggen dat deze besparingen beperkt van omvang zijn (vijf tot tien procent).

Grotere verbeteringen zijn te verwachten van het hydrodynamische ontwerp indien schepen afgerekend gaan worden op de uitstoot die ze werkelijk tijdens reizen veroorzaken. Zie ook hierna onder regelgeving. Het zou betekenen dat afgestapt gaat worden van de afname van schepen op basis van een proeftocht alleen. In de praktijk zal een schip geoptimaliseerd worden met behulp van reissimulaties uitgaande van verschillende beladingscondities, vaarsnelheden en omgevingscondities.

De relevantie van deze wijze van scheepsontwerpen neemt verder toe als windhulpvoortstuwing op grotere schaal haar intrede doet. Deze wind-assisted propulsion wint aan belangstelling en projecten daaromtrent beogen niet alleen de uitvoerbaarheid en energiebesparing aan te tonen, maar ook opname in de regelgeving te faciliteren.


Nieuwe vermogenssystemen

De invoering van nieuwe klimaatneutrale energiedragers genereert veel nieuwe vragen rondom de vaak meer complexe vermogens- systemen die de nieuwe energiedragers vereisen. De range aan oplossingen, die ook regelmatig in dit blad voorbijkomen, wijken af van wat we weten over het gedrag van de traditionele dieselvoortstuwingen. Naast belangrijke vragen over het ruimtebeslag van aandrijflijn en de opslag van de energiedrager, eisen de nieuwe systemen nieuwe kennis over de werking van de nieuwe brandstoffen in de huidige verbrandingsmotoren, de (dynamische) prestaties van het totale vermogenssysteem, de interacties met and ere vermogensgebruikers en de aansturing, die vaak vanwege het me er geïntegreerde karakter complexer is. Zeker als elektrische systemen de directe aandrijving leveren en moeten samenwerken met de aggregaten voor het hotelbedrijf en andere voorzieningen neemt de complexiteit toe. Batterijen maken dan standaard deel uit van de configuratie. Deze complexiteit maakt de invoering van Model-Based Systems Engineering meer en meer noodzakelijk.

Zoals het artikel over Future Proof Shippings waterstof/brandstofcel-oplossing laat zien, is het nauwkeurig kennen van de operationele profielen, de feitelijke totale energie- en maximale vermogensvraag, van groot belang voor een goede dimensionering van de in dit geval brandstofcel-, batterij-, en waterstofopslagcapaciteit. In de conceptontwerpfase zijn deze afwegingen al van belang en kost het doorlopen ervan ook meer tijd.

Technologisch lijken de meeste nu onderzochte energiedragers en -omzetters haalbaar voor een schoon en emissievrij bedrijf. Verder onderzoek op onderdelen is zeker nodig. De beschikbaarheid van alternatieve brandstoffen en de veiligheid hiervan lijken een grotere uitdaging.


De nieuwe brandstoffen

Voor de korte termijn lijken (groene) methanol, de overige dieselgelijkende biobrandstoffen, elektrische voortstuwing met batterijen en LNG kansrijk. Met de aantekening dat het fossiele LNG weliswaar een schone brandstof is, maar nauwelijks een bijdrage zal gaan leveren aan de CO2- emissiereductie. De toepassing ervan lijkt vooral een politiek/economische afweging, zie ook hierna.

Voor de langere termijn is een veel breder palet aan energiedragers in beeld waarvan vooral waterstof zowel als directe bijmenging in verbrandingsmotoren als energiedrager voor brandstofcellen sterk in beeld is. Zelfs korte-termijntoepassing (compressed hydrogen) is mogelijk hoewel de opslaghoeveelheden nog beperkt zijn. Grootschalige toepassing vraagt meer onderzoek naar veilige opslag van zowel compressed als liquid hydrogen naast vaste-stofopslag van waterstof. Overigens is niet alleen veiligheid hier de drijver, maar ook de volumereductie.

Naast waterstof krijgt voor de langere termijn ook ammoniak veel aandacht, mede vanwege de verwachte, lagere prijs. De veiligheidsissues zijn serieus en daarom zal toepassing ook na grondig onderzoek voorlopig beperkt blijven tot grotere schepen met een kleine en specifiek deskundige bemanning. Ammoniak kent naast directe verbranding ook een toepassing als energiedrager voor brandstofcellen wat de mogelijkheid creëert voor toepassing van flexibele en efficiënte configuraties.

IJzer als brandstof en kernenergie staan ook in de belangstelling, maar kennen beide nog geen recente nieuwe toepassingen.

Een gemeenschappelijk vraagstuk rondom al deze brandstoffen is de carbon footprint om tot deze brandstoffen te komen. Een daadwerkelijke inzet als bijdrage aan een klimaatneutrale of emissieloze operatie vereist inzicht in deze footprint. Dat inventarisatieproces is nu in Europa gaande en maakt tevens duidelijk dat de mogelijkheden tot een zero-carbon footprint-productie van de meeste van deze brandstoffen nog niet (tekort aan hernieuwbare energie) of beperkt (tekort aan landbouwarsenaal) mogelijk is. Het EU Taxonomy- beleid probeert sturing te brengen in de richting van welke investeringen moeten gaan bijdragen aan het verminderen van de industriele footprints. Dat legt dan ook direct beperkingen op aan een goedkope, snelle productie van deze brandstoffen.

Hoe de diverse technologische ontwikkelingen in de brandstofproductie hun beslag krijgen, wordt uiteindelijk ook bepaald door voor welke prijs ze beschikbaar komen en of ze veilig verkrijgbaar zijn op de goede locatie. Overheden zien zich hier voor een enorme uitdaging geplaatst. Dit overlaten aan de markt vraagt duidelijkheid over de regels en een gelijk speelveld binnen en buiten Europa naast grote investeringen in gedeelde infrastructuur. Overheden moeten daarvoor naast de veiligheidsissues inzicht hebben in de verwachte technologieontwikkeling, de verwachte prijsontwikkeling van de nieuwe brandstoffen (onder zero-carbonfootprinteis) en ook een gelijk speelveld creëren. Wachten totdat de industrie dit allemaal zelf gaat regelen gaat (te) lang duren en daarvoor zijn er te veel onzekere factoren en wederzijdse afhankelijkheden.


Internationale regelgeving

Het hoeft geen betoog dat internationale afspraken de enige manier zijn om de scheepvaart mee te nemen in de IPCC-klimaatafspraken. De regelgeving binnen de International Maritime Organization (IMO) maakt hier wel belangrijke stappen, maar is tegelijk gebonden aan wat individuele (groepen van) landen faciliteren voor wat betreft technologie, brandstofproductie en infrastructuur.

In het verleden heeft de IMO al grote stappen gemaakt met de invoering van de EEDI en meer recentelijk de Energy Efficiency eXisting ship Index (EEXI). Dit zijn beide ontwerpgerelateerde regelevingen die niet per se een-op-een vertellen wat het schip presteert op zee. Waar het aan ontbrak, hoewel de Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI) een poging was, is een daadwerkelijke operationele beperking van de CO2- uitstoot. De nu per 1 januari van kracht zijnde Carbon Intensity Index (CII) gaat potentieel veel veranderen. Feitelijk definieert deze index hoeveel CO2 je mag uitstoten per vervoerde ton mijl lading en daarmee is het een budgetterende maatregel die gevoeld gaat worden. Weliswaar zijn de criteria nog ruim en is de sanctionering geduldig, het principe van budgettering van de CO2- uitstoot is nieuw en een steun om daadwerkelijk als maritieme industrie concrete doelstellingen te halen.

Zoals hiervoor al aangegeven kan de impact van dit type budgetterende regelgeving nauwelijks overschat worden. Het kan potentieel schepen stilleggen en zal de nadruk op een zuinig operationeel bedrijf sterk doen toenemen.

 

SWZ Maritime

 

 

 

  LMB-BML 2007 Webmaster & designer: Cmdt. André Jehaes - email andre.jehaes@lmb-bml.be