Combustibles del futuro barco: cortar el humo

Por Georgios Plevrakis, ABS11 febrero 2020
© JEGAS RA / AdobeStock
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Los armadores se enfrentan cada vez más a decisiones de inversión complejas cuando intentan navegar por el camino más eficiente hacia el futuro bajo en carbono. Desde que la OMI estableció los ambiciosos objetivos de reducción de emisiones de la industria para 2030 y 2050, los propietarios se han visto inundados de información sobre futuros combustibles y tecnologías que pueden, o no, en última instancia, reducir las huellas de carbono de su flota.

Algunas de las nuevas tecnologías son prometedoras, pero la viabilidad cotidiana de muchas de ellas sigue sin demostrarse; Lo mismo puede decirse de muchos de los combustibles potenciales. Para ambos, los plazos de vencimiento varían tanto como las posibles soluciones. Sin embargo, es en estos tiempos inciertos que algunos propietarios ahora se enfrentan a decisiones de inversión a largo plazo para nuevos barcos.

Sin embargo, las decisiones pueden ser menos complejas de lo que parecen. El espectro de soluciones de combustible disponibles es amplio, pero al examinar cada tecnología a bordo (motores, sistemas de suministro de combustible, almacenamiento, contención, etc.), surgen taxonomías que pueden usarse para simplificar la toma de decisiones.
Una vez categorizadas, todas las tecnologías habilitadoras (incluidos los combustibles) deben evaluarse para determinar su madurez (preparación para el mercado) y el potencial de reducción de carbono a corto, mediano y largo plazo.

Efectivamente, hay tres rutas de combustible hasta 2030 y más allá: la ruta de GNL o 'gas ligero'; la ruta de 'gas pesado' de GLP / metanol (o alcohol); o la vía del "combustible bio / ¬ sintético". Ninguno de estos es mutuamente excluyente.

Las dos primeras familias tecnológicas ya tienen soluciones reductoras de emisiones disponibles, pero, en términos generales, las soluciones más prácticas, las de carbono 'neutral' y 'cero' de carbono permanecen en desarrollo.

Quizás lo más importante es que la elección de la tecnología adecuada debe estar influenciada predominantemente por dos criterios clave: (i) el tipo de embarcación y (ii) su perfil operativo, es decir, dónde y qué comerciará.

La vía del gas ligero

Generalmente, estos son combustibles caracterizados por un contenido de energía relativamente alto y moléculas pequeñas; en general requieren sistemas de almacenamiento y suministro de combustible más exigentes, principalmente criogénicos.

La familia de 'gas ligero' incluye, GNL (metano líquido) y biometano (en formas de bio-GNL y bio-gas natural [BNG]); La producción de la última familia necesita ser ampliada y las tecnologías desarrolladas antes de que se convierta en un combustible comercial viable.

El GNL es un combustible bajo en carbono relativamente maduro, que reduce la huella de carbono en aproximadamente un 20% si no se considera el impacto del deslizamiento de metano. Del mismo modo, el biometano, derivado de fuentes orgánicas, puede considerarse carbono neutral, si no se considera el deslizamiento de metano.

Para GNL y BNG, reducir el deslizamiento de metano es fundamental para su potencial comercial como futuros combustibles, por lo que la industria está tratando activamente de desarrollar una gama de tecnologías de control de emisiones relacionadas. Sin ellos, el uso de GNL como combustible podría, en algunos casos, aumentar la producción de CO2 del envío, en relación con el combustible pesado o el gasóleo marino (HFO, MGO).

Desde una perspectiva de tanque a estela: consumo de GNL dentro de la embarcación: los motores de ciclo diésel de alta presión ya funcionan con un deslizamiento de metano insignificante o nulo. Y hay tecnologías en desarrollo y en las primeras etapas de las pruebas (filtros de metano, convertidores catalíticos, etc.) que en última instancia podrían minimizar la producción de carbono en toda la cadena de producción de GNL.

Dado su potencial de reducción de CO2 relativamente limitado en su estado actual, sería fácil, e incorrecto, ver el GNL como un contribuyente en el camino hacia el cumplimiento de los objetivos de reducción de emisiones para 2030. Su potencial puede ser mayor que eso, dado el tiempo.

Si los combustibles biometano o electrometano (ver sección electro / sintética a continuación) resultan viables a escala comercial en el mediano plazo, la producción actual de carbono del GNL podría reducirse aún más en proporción a la mezcla de combustible. Los combustibles BNG o electrometano son potencialmente neutrales en carbono y actualmente hay una importante inversión en la industria dedicada a explorar estas soluciones.

Desde una perspectiva de escala de tiempo, al final de la vía del Gas Ligero hay hidrógeno, que necesita al menos una década para ser viable como combustible marino comercial; y eso es probablemente ambicioso. Hay muchos obstáculos técnicos en el camino, el mayor es el almacenamiento. También se necesita más investigación para confirmar la forma más efectiva de utilizar hidrógeno para la propulsión marina: las celdas de combustible y las turbinas de gas son soluciones potenciales, pero están muy lejos de la viabilidad operativa o la rentabilidad.

Aunque el hidrógeno es el más alejado de la familia de los gases livianos de la viabilidad, es muy prometedor. Puede tener la menor densidad de energía (energía por volumen) pero tiene, con mucho, el mayor contenido de energía (energía por peso); una unidad entregaría tres veces la energía de un volumen igual de GNL o HFO. Podría ser un combustible marino sin carbono, pero se necesita un número significativo de avances tecnológicos para que sea una solución práctica.

La vía del gas pesado
En general, estos combustibles consisten en moléculas pesadas, más complejas y un contenido de energía comparativa más bajo que la familia de los gases livianos, y sus condiciones de suministro y almacenamiento de combustible son menos exigentes.

Los combustibles de gas pesado incluyen gas de petróleo líquido (GLP), metanol (y etanol, como parte de la familia del alcohol), biometanol y, en última instancia, amoníaco. Utilizado como combustible, el metanol en su forma actual reduce la producción de CO2 en aproximadamente un 10%; Si están disponibles a escala comercial, el biometanol y el electrometanol podrían ser neutros en carbono.

Debido a que algunos de estos combustibles tienen un contenido energético muy bajo, solo pueden ser adecuados para tipos limitados de embarcaciones, comercios y rutas; Puede ser necesaria la capacidad de realizar múltiples paradas de combustible en el ciclo comercial típico de un barco. La excepción es el GLP, cuyo uso no ha madurado tan rápido como el GNL, en parte porque tiene menos potencial para reducir las emisiones y enfrenta diferentes desafíos de seguridad.

En términos de madurez, como el GNL, el GLP y el metanol ya forman parte de la actual mezcla tecnológica; sus bioderivados son consideraciones a mediano plazo, ya que el envío espera que las tecnologías maduren y que los combustibles se produzcan a escala.

Los motores alimentados con amoníaco no están disponibles actualmente y requerirían otros 3 a 4 años para que se entregue el primero. Los primeros motores podrían provenir de la comunidad de transportistas de amoníaco. El amoníaco es potencialmente un combustible sin carbono, si se utiliza energía renovable durante la producción, lo que aumenta el costo. En su potencial se han presentado diseños recientes para buques alimentadores alimentados con amoníaco.

Sin embargo, es necesario construir una infraestructura integral del lado de la oferta para que el combustible sea comercialmente viable, y se implementen nuevas y estrictas regulaciones de seguridad, por lo tanto, el uso práctico es mejor solo para ser considerado a largo plazo.

La ruta bio / sintética:
Estos son combustibles que se producen a través de materias primas y fuentes bioderivadas. En principio, en forma líquida, su consistencia está muy cerca del gasóleo, lo que podría minimizar la cantidad de nuevas tecnologías a bordo que deberían desarrollarse para su uso, así como cualquier cambio en los diseños actuales de los buques.

Actualmente, el más utilizado es el biodiesel, o FAME (ésteres metílicos de ácidos grasos), que es parte de la última especificación ISO (8217/2017) para mezclas de combustibles marinos y está siendo ofrecido por todas las grandes compañías petroleras. El estándar permite un 7% de biodiesel en la mezcla de combustible, pero algunos armadores están probando mezclas más ricas, del 20 al 100%.

Debido a que su producción tiene un impacto en el medio ambiente (lo que limita su potencial para reducir las emisiones del ciclo de vida) y compiten por los cultivos alimentarios, esta primera generación de biocombustibles es controvertida

Otro biocombustible propuesto es el HVO (aceite vegetal hidrotratado), que tiene un contenido de alta energía, similar al MGO. El HVO se puede producir en las refinerías existentes donde se lleva a cabo el hidrotratamiento. El producto final es un combustible significativamente estable con muy buenas propiedades y bajo riesgo de oxidación.
La familia de combustibles bio / sintéticos incluye variedades de gas a líquido, o GTL, producidas a través de la captura de carbono y la electrólisis, o la conversión del gas de síntesis producido a partir de la biomasa en combustibles líquidos, como el metanol o el diesel.

Estos combustibles son opciones de mediano a largo plazo para los armadores. Sin embargo, debido a que podrían ser soluciones 'plug-and-play' (biocombustibles) que minimizarían los gastos de capital, las principales organizaciones navieras nacionales y sectoriales están explorando activamente los combustibles electrostáticos.
A largo plazo, los biocombustibles de segunda y tercera generación (por ejemplo, de biomasa residual, lingocelulosa [fibras de plantas leñosas] o algas) también tienen el potencial de proporcionar envíos internacionales con volúmenes de combustible que exceden sus requisitos anuales actuales.

Diseños de barcos a prueba de futuro:

Con los plazos de madurez para muchas soluciones a medio y largo plazo actualmente muy fluidas, una forma de preparar el futuro de los nuevos buques es introducir más componentes eléctricos, como propulsores eléctricos y / o propulsión. Si un propietario opta por un accionamiento eléctrico, la generación de electricidad a bordo se vuelve independiente del combustible; Puede provenir de pilas de combustible, baterías, o cualquier combinación, o de un motor que funciona con GNL o metanol, por ejemplo.

Cuando / si un componente necesita actualizarse en una fecha posterior, ya tiene una unidad eléctrica instalada. Esta es la forma en que los armadores y charters más avanzados están mirando hacia el futuro.

De esa manera, cuando / si el sistema de propulsión se desactualiza, no tiene que ser reemplazado por completo; El motor se puede actualizar para quemar otro combustible. O, si las tecnologías de celdas de combustible avanzan lo suficiente en los próximos 20 años, pueden reemplazar los motores, si tiene sentido económico.

Por supuesto, los sistemas de propulsión eléctrica actuales tienen algunos desafíos que superar, pero los propietarios aún estarían bien aconsejados para comenzar a introducir instalaciones eléctricas en sus diseños: salida o entrada de energía; minimizar los generadores diesel; optimizar las cargas del generador y del motor principal; y hacer que todo el diseño sea más eficiente. Al hacerlo, los propietarios darían otro pequeño paso para minimizar la huella de carbono de su flota.

Sobre el Autor

Georgios Plevrakis es el Director de Sostenibilidad Global de la Oficina Estadounidense de Envíos.

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