Альтернативные виды топлива для судов

Обновлено: 09.05.2024

Дрова, воздух, топинамбур — что между ними общего? Все они помогут добраться из точки А в точку Б, если правильно их применить. Запасы нефти истощаются, экология страдает от выхлопов, поэтому пришло время вспоминать хорошо забытые старые подходы к топливу и создавать новые двигатели без недостатков традиционных двигателей внутреннего сгорания на бензине и дизеле. Давайте посмотрим, что человечество придумало и протестировало за последнюю сотню с лишним лет.

Обычный, но сжатый воздух

Одним из главных технологических нововведений этого экспериментального проекта был двигатель на сжатом воздухе. Мощность пневматической турбины составляла 80 лошадиных сил. 23 резервуара объемом 117 кубометров хватало на 12 миль подводного хода. Отработанный воздух частично нагнетался внутрь корпуса, а часть стравливали наружу — так что лодка оставляла след на поверхности воды.

Подобная технология использовалась и в авиации. В 1879 году другой французский изобретатель Виктор Татен создал модель аэроплана с размахом крыльев 1,9 метров и двумя винтами, которые работали от двигателя на сжатом воздухе.

Позже, снова во Франции, Луи Мекарски представил двигатель для трамвая. К концу XIX столетия изобретатель уже имел целый парк из 96 трамваев, но позже их заменили на электрические. Однако агрегат стали использовать в шахтах.

Двигатели на сжатом воздухе не выделяют вредных веществ. Поэтому сегодня над ними работают стартапы, рассчитанные на особенно ответственных потребителей, и компании, которые вынуждены показывать свою ответственность перед обществом и планетой.

Сейчас на сайте производителя именно этого проекта нет, но есть ряд других авто, а также катер с двигателем, работающем на сжатом воздухе, велосипед и автопогрузчик. Энергию воздуха компания предлагает использовать и в домашних электрогенераторах.

Более известный автопроизводитель, компания Citroen в 2015 году представила кроссовер на сжатом воздухе. Разработчики облегчили серийную модель автомобиля, повысили ее аэродинамичекие свойства, спрятали в районе багажника баллоны и в результате получили концепт Citroen C4 Cactus Airflow 2L.

Автомобили на сжатом воздухе максимально экологичны, но есть и минусы — низкий КПД и ограничения по скорости. Для городской малолитражки есть иное решение — использование гибридных двигателей. В случае с Peugeot Hybrid Air только при скорости 70 км/час энергия от сжатого воздуха будет использоваться в течение 60–80% времени, что позволяет сэкономить топливо. Воздух в баллоны закачивается благодаря использованию рекуперативной энергии торможения, которая приводит в действие гидравлический насос — он нагнетает рабочее давление в основном баллоне. Способ похож на тот, что используется в электромобилях для зарядки аккумуляторов.

Фритюрный жир

Почему мы используем нефть в качестве топлива?

Деревья поглощают из воздуха углекислый газ, а из осадков — воду. В результате они образуют углеводы — соединения из углерода, кислорода и водорода. Когда растение разлагается, оно оставляет после себя углеводород. В нефти 90% веществ — именно эти углеводороды. Благодаря горючим свойствам углеводорода бензин и дизель, результаты переработки нефти, обеспечивают возможность двигателей внутреннего сгорания работать.

Альтернативы этому источнику углеводородов можно найти в природе. Чтобы превратить растительное масло в топливо, нужно смешать его со спиртом и катализатором — например, щелочью. Примерно так же делают мыло, но без добавления спирта. Процесс получается эффективным: если из тонны нефти можно получить полтонны бензина, то из тонны растительного масла — тысячу литров биодизеля и глицерин.

Один из главных плюсов биодизеля — производить его можно из полностью возобновляемого сырья. Например, можно засеять неиспользованные поля сельскохозяйственного назначения топинамбуром.

Углекислого газа при сжигании биодизеля выделяется немного. При этом в нем нет серы и других примесей, способных отравлять окружающую среду, которые есть в традиционных видах топлива.

Сейчас биодизель добавляют в бензин. Например, с 2018 года в Эстонии, по инициативе Евросоюза, в 95-й бензин и в дизель добавляют биокомпонент, чтобы снизить загрязнение окружающей среды.

Использовать биодизель можно в обычных дизельных двигателях, если добавить в топливо присадку и изменить систему подачи с учетом пониженного содержания энергии в биодизеле. Но есть и минусы — застывает такое топливо при более высокой температуре, чем дизель, поэтому нужны меры для использования биотоплива в холодных регионах.

Природный газ

При перегонке нефти получают пропан-бутан. Эта смесь газов в сжиженном виде сегодня используется практически в большинстве автомобилей. Он быстро и полностью сгорает, поэтому имеет высокое октановое число без использования дополнительных присадок.

Автомобиль можно сделать гибридным, баллон с газом поместить на место запасного колеса, а оборудование подключить к бортовому компьютеру. Автомобиль будет заводиться на бензине, затем переключаться на газ. После его полного использования снова возвращаться к бензину. На газу таким образом получится проехать 300–350 километров.

Есть и другой газ — метан, простейший углеводород. Его называют болотным, поскольку он образуется при гниении ила на болотах. Для использования в двигателе метана его необходимо охладить и сжать под высоким давлением. Минус — нужны толстостенные баллоны с давлением на 200 атмосфер, каждый из которых может весить порядка 100 кг. Поэтому метан чаще используют не в легковом транспорте, а в грузовиках и автобусах.

В 2018 году в России потребили 705 млн кубометров этого газа. КамАЗ на газомоторном топливе окупается на два месяца быстрее дизельного аналога. Один куб метана эквивалентен литру бензина, а стоит 16 рублей — в три раза меньше. Но количество заправок в стране на прошлый год составило 360, чего, конечно, слишком мало, ведь всего число заправочных станций только на 2017 год превышало 15 тыс. АЗС.

В том случае, если мы говорим о необходимости перехода на альтернативные виды топлива, не завязанные на их добыче из недр, подход с газом рассматривать нет смысла. Запасы газа, как и нефти, могут исчерпаться, поэтому нужны технологии их производства в промышленных масштабах без зависимости от природных ресурсов. Либо выбор других источников.

Газ от горения дров

Французский инженер Филипп Лебон в 1799 году открыл светильный газ, получил патент на его использование, а в 1801 году — патент на конструкцию газового двигателя. Другой инженер — Этьен Ленуар из Бельгии — в 1860 году запатентовал двигатель внутреннего сгорания на этом газе.

В итоге к 1938 году в Европе насчитывалось около 450 тыс. автомобилей, работающих на газогенераторном горючем. В СССР с 1936 года начали экспериментальный выпуск ЗИС-13, затем ЗИС-21 и ГАЗ-42, работающих на газе.

Когда двигатель внутреннего сгорания есть, но бензин или дизель недоступен, возможно использование газогенератора. Этот подход применяли, например, во время Великой Отечественной войны в СССР.

Принцип следующий: машина работает на дровах, угольных брикетах или торфе. При сгорании твердого топлива выделяется горючий газ, и он подается в цилиндры как топливо.

С точки зрения экологичности этот двигатель не сильно отличается от ДВС на природном газе — то есть он лучше, чем авто на бензине или дизельном топливе. Есть и минус — низкий КПД и ограниченная скорость.

Биоэтанол

Во время Первой мировой войны спирт использовали наряду с бензином во многих странах. Также с его помощью повышали октановое число, добавляя этанол к бензину.

Но уже спустя несколько десятков лет, во время Второй мировой войны, в США, Великобритании и Швеции невоенные организации и частные лица использовали бензин, в который добавляли до 30–35% этанола. После войны нефть снова подешевела, а этанол перестал пользоваться популярностью и исчез с топливных рынков. В США его производство восстановили после первого нефтяного кризиса 1970-х годов. В городах для общественного транспорта использование топлива с добавкой этанола стало обязательным — это помогает снизить содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Биоэтанол получают в процессе переработки растительного сырья. Лидеры в производстве этого вида топлива — США и Бразилия. Из 117,5 млн кубометров биоэтанола в 2016 году в США произвели 59,5 млн, в Бразилии — 27,8 млн.

Сырье используется разное: в Бразилии это сахарный тростник, в США — кукуруза. Но также можно использовать другие сельскохозяйственные культуры с большим содержанием крахмала или сахара, такие как маниок, картофель, сахарная свекла или батат.

Спирт можно делать и из дерева, ведь целлюлоза содержит углерод и водород. Сырье измельчают, выделяют целлюлозу, добавляют водный раствор с ферментами, гидролизуют смесь до глюкозы и добавляют дрожжи. Смесь начинает бродить, после чего из нее удаляют дрожжи и выделяют спирт с помощью дистилляции. Получается технический спирт, у которого октановое число выше бензина. Поскольку в молекуле есть атом кислорода, требуется меньше кислорода для его сжигания в двигателе.

Биоэтанол подают в реактор с катализатором, происходит превращение биоэтанола в продукты с углеводородом. Углеводородная часть повторяет бензин с октановым числом 96, который можно использовать без присадок в обычных двигателях. В таком бензине нет серы, бензола или других токсичных соединений.

В Бразилии 70% автомобилей используют спирт вместо бензина. Около 40% потребностей в топливе страна обеспечивает за счет этого альтернативного вида топлива. Всё благодаря инициативе 1970-х годов, когда страны-экспортеры ввели эмбарго на поставку нефти государствам, поддержавшим Израиль. Пришлось создавать программу для обеспечения автомобилей заменителем бензина. Налог на бензин подняли, сделав использование этанола коммерчески выгодным, а строительство спиртзаводов поощрялось с помощью специальных условий по кредитам. А с 1979 года правительство подписало соглашение с рядом автомобильных концернов, включая Fiat, Toyota, Mercedes-Benz, General Motors и Volkswagen, чтобы те в стране собирали только машины, способные как топливо использовать стопроцентный спирт.

Диметиловый эфир

Также из стружек можно получить еще один вид топлива — диметиловый эфир. По химической структуре он похож на спирт, хотя здесь тоже два атома углерода, шесть водорода и один кислорода. Эфир используют в газовых баллончиках, он заменил собой фреон; эфир создает избыточное давление, что позволяет распылять содержимое баллонов. Свойства этого топлива похожи на свойства пропан-бутана, температура сгорания такая же, а давление, которое нужно обеспечить в баллоне, составляет пять атмосфер.

Из диметилового эфира можно производить синтетический бензин. Это пытались делать еще в 1950-е годы в Европе, но длительная химическая реакция делала топливо дорогим.

В Институте нефтехимического синтеза решили эту проблему — там научились превращать диметиловый эфир в углеводороды бензинового ряда. В итоге получили тот бензин, который можно заливать в бак автомобиля. Получение обычного бензина требует больших мощностей, а синтетический бензин можно производить на небольших модульных установках. Октановое число синтетического бензина без добавок равно 76.

В колбах ниже — дизельное топливо и синтетический бензин. Как и в других видах биотоплива, в синтетическом бензине нет серы и почти нет бензола — токсичного канцерогена, поэтому он прозрачный, как вода.

Водородные топливные элементы

В Нью-Йорке 1900 года треть автомобилей были электрическими. Всё более эффективными становились аккумуляторы. Электромобили Detroit Electric, выпускавшиеся с 1907 года, сначала оснащались свинцово-кислотными батареями, а позже появились версии с железо-никелевым аккумулятором Эдисона. Тогда выпустили и первые гибридные автомобили — Woods Dual Power Model 44 Coupe имел сразу два двигателя, электрический и ДВС.

В 1910-е годы электромобили были популярны, но в 1920-е годы все изменилось из-за снижения цен на бензин и сами автомобили с ДВС, а также из-за повышения их удобства. Только в 1960–1970 годы, когда остро стали подниматься вопросы экологии, а цены на топливо стали нестабильными из-за нефтяного кризиса, производители вспомнили снова об электромобилях.

До 1992 года аккумуляторы развивались медленно. Но в том году появился первый литиевый аккумулятор, энергоемкость которого была выше как минимум в два раза, чем у свинцовой батареи. Это позволило увеличить пробег, а повышение мощности сделало двигатели более быстрыми.

Первым серийным автомобилем на водородных топливных элементах стала Toyota Mirai. Ее сейчас можно купить во Владивостоке чуть больше, чем за 1 млн рублей. Вместо выхлопного газа из трубы этого автомобиля выходит водяной пар.

Что мы будем использовать в качестве топлива через 30–50 лет — точного ответа нет. Но уже сейчас в разных странах люди на электромобилях получают налоговые послабления или другие преференции, а в YouTube умельцы переводят мопеды на газ или мотоциклы на дрова. Уже сейчас очевидно, что будущее — за чем-то максимально экологичным, а еще лучше, чтобы транспорт в принципе не нужно было заправлять. Но такие мечты всегда разбиваются о реальность.

Ежегодно судоходная отрасль потребляет около 400 миллионов тонн нефтепродуктов. Для плавучих транспортных средств в основном используют 2 типа топлива: дистиллятное вязкостью 2,5—14,0 мм2/с и остаточное вязкостью 40—800 мм2/с. Соответственно различают легкие и тяжелые виды горючего.

Судовое маловязкое топливо

Дистиллятное топливо обладает хорошей воспламеняемостью, высокой скоростью сгорания, низкой нагарообразующей способностью.

В зависимости от температурных условий работы дизеля топливо делят на:

Летнее (Л) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0°С и выше.
Зимнее (З) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 20°С и выше (температура застывания топлива не выше минус 35°С) и минус 30°С и выше (температура застывания топлива не выше минус 45°С).
Арктическое (А) – для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 50°С и выше.

Классификация судовых дизелей по качеству основана на различии их физико-химических и эксплуатационных характеристик. Ключевые параметры судового топлива: цетановый индекс, кинематическая вязкость, содержание примесей.

Международная классификация: MDO, DMX/A/Z/B (DM - обозначение дистиллятов, последняя буква, а также цифровое значение - вязкость топлива при 50ºС).

Российская классификация: СМТ, вид I/II/III.

Флотский мазут

Флотский мазут получают смешивая полученные после извлечения из нефти светлых фракций остаточные нефтепродукты с дизельными фракциями. Такие мазуты используют в судовых котельных, для питания силовых установок на судах.

Тяжелые средне- и высоковязкие топлива по качеству хуже дистиллятных, но их использование экономически выгодно ввиду более низкой стоимости.

Важнейшая характеристика флотского мазута – вязкость. С ней связаны также плотность, коксуемость, зольность и другие показатели.

Международная классификация: IFO, RMA/B/D/E/G/K (RM - обозначение остаточных топлив, третья буква, а также цифровое значение - вязкость топлива при 50ºС).

Российская классификация: флотский мазут Ф-5, Ф-12; топочный мазут М-100, М-40.

Сжиженный газ

Сжиженный газ — более выгодный с экономической и экологической точек зрения аналог флотского мазута. Сжигание газа производит до 90% меньше вредных выбросов. Но далеко не весь морской и речной транспорт можно переоборудовать для использования сжиженного газа в качестве основного топлива.

Судовой газойль

Судовой газойль — лёгкое топливо. Доступная, но дорогая альтернатива для перевода судов с мазута. Ключевое преимущество газойля — пониженное содержание сернистых компонентов. Это основной вид топлива, которым заправляют суда для прохода через зоны контроля выбросов — зоны, где действуют особые правила и ограничения на выбросы отходов от сгорания судового топлива (например, Балтийское и Северное моря).

Топливные добавки

Ключевым фактором, влияющим на характеристики топлива, является качество нефтяного сырья, из которого его производят. Для сокращения производственных расходов и стандартизации свойств производители добавляют в топливо различные химические реагенты и синтетические присадки, влияющие на его параметры. Чаще других в составе топлива для судов встречаются следующие добавки:

Депрессорные присадки
Отвечают за повышение температуры застывания, улучшая прокачиваемость топлива при низких температурах.
Депрессорно-диспергирующие присадки
Служат для снижения температур текучести и застывания маловязких судовых топлив.
Деэмульгаторы
Усиливают плотность нефтепродукта, улучшая процесс расслоения нефтепродукта с водой.
Поглотители сероводорода
Необходимы для богатых сероводородными компонентами тяжелых мазутов.
Активаторы горения
Поднимают эффективность и КПД судового топлива.

Характеристики судового топлива

Совокупность параметров определяет качество горючего и эффективность его использования. Основными характеристиками судового топлива являются:

Вязкость топлива
Характеризует внутреннее трение, влияет на сгорание топлива и бесперебойную работу топливной системы. При подогреве вязкость топлива снижается.
Содержание серы
Влияет на смазывающие свойства топлива. Превышение количества серы в топливе вызывает коррозию деталей топливной системы, повышает токсичность отработавших газов.
Плотность
Плотность характеризует фракционный состав, испаряемость и химические свойства топлива.
Коксуемость
Показатель коксуемости - твердый остаток от сжигания топлива, величина которого говорит о проценте неполного сгорания топлива.
Зольность
Содержание золы обусловлено наличием несгораемых примесей. Часто это естественные элементы добытой нефти, но еще чаще они появляются в процессе перегонки, при длительном хранении и перевозке топлива.

Полный перечень подлежащих контролю величин прописан в российских и международных стандартизирующих документах.

Экологические требования к судовому топливу

Согласно требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL), максимальное содержание серы в судовом топливе для судов, осуществляющих судоходство под эгидой Международной морской организации ООН (IMО), не должно превышать 0.5%.
Для соответствия этим требованиям, которые были ужесточены с 1 января 2020 г., многие судовладельцы перевели свои суда на новые типы топлива или установили системы фильтрации сернистых соединений в выхлопном газе (скрубберы).

Введение зон специального экологического контроля во всем мире заставило судовладельцев искать наиболее выгодные для себя альтернативы для бункеровки. В большинстве стран Европы, а также в США и Канаде приоритетным топливом выбрали СПГ. Япония и Филиппины остановили свой выбор на метаноле и диметилэфире. Кроме того, у судовладельцев есть возможность установить на борт своего судна скрубберы, которые способны снизить содержание серы. Каждый из этих методов имеет свои плюсы и минусы. Эксперты отмечают, что при всей возможной выгоде СПГ-бункеровка может стать самой популярной альтернативой сегодняшнему топливу.

Фото: Павел Кассин, Коммерсантъ / купить фото

Суда переводят на СПГ и метанол

Комитет Международной морской организации (IMO) по охране морской окружающей среды с 1 января 2020 года ограничил с 3,5% до 0,5% максимальное содержание серы в судовом топливе вне зон особого контроля за выбросами серы с судов SECA, в которую входят Балтийское и Северное моря, в том числе пролив Ла-Манш, а также Западное и Восточное побережья Северной Америки, Мексиканский залив и Карибский бассейн, относящиеся к США.

Таким образом, судовладельцам придется отказаться от использования традиционного мазута в качестве топлива. Ранее с 1 января 2015 года Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ) ужесточила требования по содержанию серы в судовом топливе — 0,1% по массе в зоне специального экологического контроля SECA. Фактически требования ввели запрет на использование мазута и традиционного дизельного топлива. Когда принималось это решение по ограничению содержания серы в бункерном топливе, участники отрасли отмечали, что последствия от них недостаточно просчитаны. В частности, говорилось, что на судовладельцев возлагают дополнительное финансовое бремя, не оправданное с точки зрения реальных экологических угроз и доступности технологических решений. Представители отрасли отмечали, что новые типы двигателей, конструкции и удачные решения появляются один-два раза в десятилетие, в связи с этим промышленность просто не в состоянии быстро адаптироваться к новым требованиям, предъявляемым судоходству. К тому же судовладельцы подчеркивали, что ограничения по выбросам серы и предстоящие материальные затраты несопоставимы с незначительным экологическим эффектом.

Разговоры о том, что ограничение вне зон особого контроля по максимальному содержанию серы в судовом топливе в 0,5% могут быть введены в 2020 году, начались еще восемь лет назад. Тогда же представители отрасли надеялись, что по итогам анализа в 2018 году достаточности низкосернистых видов топлива вступление в силу этой меры перенесется до 2025 года. Но оценка была проведена в 2016 году, в выводах значилось, что дефицита соответствующих видов топлива не ожидается.

Скрубберы

Для плавания в зоне SECA компании могут оборудовать судно фильтрами тонкой очистки мазутного топлива — скрубберами, сводящими к минимуму выбросы серы. Их установка является дорогой сама по себе. Внутри системы находятся абсорбенты, оксид цинка, они поглощают выхлопы, и на выходе образуются сульфиты и сульфаты цинка. Это отравляющие вещества, которые порты сейчас отказываются принимать на хранение, что создает еще одну экологическую проблему, так как механизмы утилизации отходов скрубберов до конца не проработаны. Кроме того, эффективность абсорбентов на поглощение серосодержащих элементов напрямую зависит от их объема, в связи с этим на средних судах скрубберы могут занимать четверть полезной площади, что также снижает грузоподъемность судна и значительно уменьшает выгоду судовладельцев. По оценкам управляющего директора AS Bominflot Estonia Анатолия Белова, озвученным в июне 2014 года, объем продаж бункерного топлива для скрубберов в регионе Балтийского и Северного морей к 2020 году должен составить 1 млн тонн, или 3,5% регионального рынка.

Низкосернистый мазут

В качестве альтернативы для перемещения в зоне SECA может быть выбран низкосернистый мазут. Такое топливо может быть получено либо из низкосернистой нефти, либо с помощью процесса десульфуризации. Высокая стоимость этого процесса, а также его сложность напрямую отражаются на конечной цене такого топлива. При этом некоторые компании отмечают, что мазут со сверхнизким содержанием серы имеет сложный химический состав, а это может вызывать дополнительные риски при эксплуатации судов на нем.

Метанол и диметилэфир

Сам метанол может использоваться непосредственно как топливо, так и для выработки диметилового эфира. Преимуществом такого вида топлива является экологичность, так как в нем нет серы, а содержание оксидов азота в выхлопных газах значительно меньше, чем у бензина. Однако при получении метанола химическим процессом все равно происходит выброс в атмосферу угарного и углекислого газов. При комнатной температуре метанол представляет собой жидкость и может заправляться и перевозиться как бензин и керосин. Но сами пары метанола более ядовиты, чем бензиновые, и их вдыхание может приводить к слепоте и смерти. Емкости для его размещения на судне, а также необходимое оборудование занимают гораздо меньше пространства, чем для других альтернативных видов топлива, подходящих для использования в зоне SECA. Но объемы производства метанола незначительны, в частности, на Балтике они сосредоточены в Швеции. Шведская компания Stena Line выбрала для себя именно метанол основным видом топлива для хождения в зоне SECA. Компания рассматривала возможность строительства серии судов на метаноле к 2018 году, а в долгосрочной перспективе обсуждался перевод на этот вид топлива еще 25 судов. Весной 2015 года Stena Line начала эксплуатацию парома Stena Germanica, двигательные установки которого работают на метаноле. Судно курсирует между германским Килем и шведским Гетеборгом. Переоборудованная двигательная установка может потреблять не только метиловый спирт, но и использовать в качестве вспомогательного топлива газойль. Модернизация ее длилась три месяца. На реализацию проекта в рамках программы развития морского транспорта Евросоюза было выделено €22 млн.

При использовании СПГ (сжиженный природный газ) в качестве топлива можно сэкономить до 90% выбросов. При этом при сжижении (происходит при температуре минус 162°С) не происходит никаких дополнительных выбросов в атмосферу. По цене СПГ можно сравнить с метанолом, финансовой выгоды между этими двумя видами топлива нет. Использование такого вида топлива дает возможность компаниям в меньшей степени не зависеть от колебаний цен на нефть. При этом основные недостатки СПГ — потребность в значительном пространстве на судне под установку необходимых емкостей и неопределенность с ценообразованием. Хранится СПГ может исключительно в специальных криоцистернах.

Евросоюз принял для Балтики СПГ как стратегический вид топлива. В частности, в 2013 году была принята специальная программа, нацеленная на финансирование FEED (Front End Engineering Design) в портах для стимулирования СПГ-бункеровки. Предполагается, что к 2025-2030 годам 139 портов и портопунктов в районе Балтики и Северного моря, включая речные порты, будут обладать собственными бункеровочными базами СПГ. При этом каждому порту не обязательно иметь свое хранилище СПГ, достаточно будет установки судна с криогенным оборудованием, которое будет забирать СПГ в ближайшем порту и бункеровать суда.

Ряд специалистов также заявляют о возможном росте выбросов парниковых газов в атмосферу при использовании СПГ в качестве топлива, однако, чтобы нивелировать этот эффект, звучат предложения по снижению скорости судна.

По данным PortNews, со ссылкой на директора департамента аналитики BRS Brokers Эндрю Уилсона, до 2020 года портфель заказов на морские танкеры по перевозке СПГ составляет 130 судов при существующих 441.

По прогнозам "Газпром газомоторное топливо", объем продаж СПГ на бункеровку к 2030 году достигнет 1,35 млн тонн. Об этом сообщил заместитель гендиректора компании Вячеслав Хахалкин в рамках Петербургского международного газового форума в начале октября (цитата по агентству PortNews). По расчетам компании, бункерный рынок займет долю в 27% от общего объема рынка СПГ в России. Сейчас, по данным "Газпром газомоторное топливо", в мире эксплуатируется 90 судов на СПГ, еще 72 судна должны быть введены до 2018 года.

На конференции "Российское судоходство: взгляд в будущее" в рамках "Транспортной недели-2016" руководитель Росморречфлота Виктор Олерский в разговоре о тенденциях в судостроении отметил, что в последние годы судовладельцы сталкиваются с серьезными вызовами, в частности, ограничением по содержанию серы в топливе, что "напрямую отражается на экономике судна". По словам господина Олерского, суда становятся "все более грин и эко". Использование СПГ в качестве судомоторного топлива — еще одна тенденция, которая вызвана "экономическими соображениями", раньше до введения ограничений "мы сравнивали экономику с мазутом, теперь мы экономику газа сравниваем с экономикой дизельного топлива и делаем выводы", заявлял Виктор Олерский, отмечая ежегодный рост количества судов, работающих на СПГ.

В России сейчас есть несколько танкеров-газовозов, которые, можно сказать, используют СПГ в качестве топлива, однако это не тот СПГ, который заливают в топливную систему. Это специализированные суда, у которых нет топливных баков СПГ, но их моторы работают на испарном газе. То есть при перевозке СПГ в другие страны частично испаряется 0,22% в день, этого достаточно, чтобы приводить в движение судно.

Согласно прогнозу научно-технологического развития отраслей топливо-энергетического комплекса России до 2035 года, утвержденному главой Минэнерго Александром Новаком, промышленные испытания установки для производства СПГ на базе отечественной технологии со смешанным хладагентом планируется провести к 2020 году. Кроме того, к этому же периоду должна быть завершена разработка российских технологий производства основного теплообменного оборудования и оборудования для хранения и транспортировки СПГ, включая криогенное теплообменное оборудование трубчатого типа, транспортные криогенные резервуары, криогенное насосное оборудование, гибкие криогенные трубопроводы для транспортировки СПГ, криогенные трубопроводы с экранно-вакуумной и вакуумной изоляцией для транспортировки СПГ. Также в документе отмечается, что технологии производства газовозов ледового класса, новых судовых двигательных установок, плавучих заводов могут появиться не ранее 2035 года.

Популярность СПГ-бункеровки у судовладельцев сейчас ниже, чем ожидалось, рассказывает генеральный директор ООО "СПГ Горская" Кирилл Лятс. Планировалось, что в 2016 году будет уже много судов на СПГ, "пока это не так, но их количества достаточно, чтобы видеть серьезные перспективы". Большинство судовладельцев используют сегодня двухтопливные суда, позволяющие ходить как на СПГ, так и на марингазойле (MGO), в связи с этим предпочтение газу отдается лишь тогда, когда маржа при заправке СПГ не меньше 10%, подчеркивает он. По словам господина Лятса, переоборудовать судно под СПГ-бункеровку стоит недешево — от €7,5 млн до €25 млн, и целесообразность таких действий напрямую зависит от его размера. Так, оборудование для малых и средних судов может обойтись дороже, чем само "корыто", при этом двигательную систему на большом судне проще переоборудовать, чем строить все заново, отмечает он. Однако при строительстве нового судна топливные баки можно делать внутри, что дает судовладельцу дополнительную выгоду, так как при модернизации это затратно, поэтому танки ставят на палубе, что занимает дополнительное место, добавляет топ-менеджер. Активно переоборудованием судов на СПГ сегодня занимаются шведы, норвежцы и немцы, которые модернизируют систему двигателей больших сухогрузов, контейнеровозов, нефтяных танкеров и т. д.

Как рассказывает генеральный директор ООО "СПГ Горская" Кирилл Лятс, ожидается, что в декабре Бундестаг примет согласованное со всеми решение о финансовой поддержке инфраструктуры для СПГ-бункеровки в немецких портах, кроме того, добавляет он, порты Балтики проводят согласованную политику по разработке единых стандартов бункеровки СПГ. "Идет работа, которая должна была пройти перед 2015 годом, но никто ничего не делал. Ее начали только сейчас. Все это приведет к изменению ситуации на Балтике к 2020 году, суда на СПГ будут занимать ключевую долю в судоходстве",— уверен господин Лятс. Также, по его словам, в следующем году будут введены достаточно серьезные штрафы за заходы на неразрешенном виде топлива в порты — примерно €60 тыс., а неоднократные нарушения будут приводить к запрету на судоходство конкретного судна. "Тогда народ начнет бояться. И популярность СПГ-бункеровки также увеличится",— заключает он.

На презентации "Газпрома" ко дню инвестора в нынешнем году озвучивалось, что в Европе к 2025 году сектор бункеровки морского и речного транспорта может предъявить дополнительный спрос на природный газ в объеме 25 млрд кубометров.

Директор по развитию PortNews Надежда Малышева отмечает, что если судовладелец задумывается о глобальном обновлении флота и строительстве судов в ближайшие 10 лет, то ему выгоднее строить большую часть с расчетом на СПГ-бункеровку. По ее словам, не исключено, что в ближайшие годы международная морская организация может ужесточить требования и ввести экологические зоны и в других морях. Эксперт уверена, что "мы стоим на пороге революции", основная проблема СПГ-бункеровки — это отсутствие инфраструктуры, в будущем при ее создании, вероятно, этот вид топлива для судовладельцев станет выгоднее, а ставки фрахта судна с топливной системой на СПГ конкурентоспособнее. В связи с этим некоторые компании уже сейчас строят суда на традиционном топливе, но с расчетом на СПГ, то есть в будущем они смогут быстро и с меньшими затратами переоборудовать свой флот, заключает Надежда Малышева.

Стремление человека снизить выбросы парниковых газов (greenhouse gas – GHG), к которым в первую очередь относят двуокись углерода СО₂, а также возрастающие требования по ограничениям выбросов токсичных химических соединений СО, СН, NO_x, SO_x и твердых частиц (particulate matter – PM) в отработавших газах современных двигателей внутреннего сгорания обозначили актуальной инженерную задачу внедрения газомоторного топлива для перспективного морского транспорта.

Борис Воробьев, к.т.н., доцент МГУ им. адм. Г.И. Невельского

Сергей Затепякин, директор Дальневосточного морского тренажерного центра МГУ им. адм. Г.И. Невельского, советник государственной гражданской службы РФ 1-го класса

Андрей Надежкин, профессор МГУ им. адм. Г.И. Невельского, доктор технических наук

Виктория Рычкова, начальник управления научно-исследовательской и инновационной деятельности МГУ им. адм. Г.И. Невельского

Анатолий Соболенко, профессор МГУ им. адм. Г.И. Невельского, доктор технических наук

Сжиженный природный газ (СПГ, Liquefied natural gas – LNG) как энергоноситель для транспортных средств имеет целый ряд преимуществ, если его сравнивать с другими видами перспективного и уже применяемого на флоте альтернативного топлива, такого как сжиженный нефтяной газ (Liquefied petroleum gas – LPG), метанол (Methanol), биодизельное топливо (HVO Biofue, Hydrotreated Vegetable Oil), аммиак (Ammonia), водород (Hydrogen). СПГ дешевле нефтяного топлива, у него более высокая объемная теплота сгорания. Некоторые прогнозы определяют, что природный газ является наиболее надежным и самым чистым заменителем нефтяного топлива на предстоящие многие годы.

СПГ – топливо нарастающего доверия

Транспортный комплекс, работающий на газе, получит многие разрешительные преференции – транспортные морские средства не будут встречать ограничения по допуску в морские порты Мирового океана, включившиеся в программу сокращения парниковых выбросов. Предполагается, что система современных экологических сдерживателей позволит существенно снизить затраты на топливо в структуре затрат судовладельцев, обозначит возможность снижения ставок перевозок и повысить конкурентоспособность современного транспортного флота на фрахтовом рынке. В итоге, в соответствии с преобладающим сложившимся мнением, уменьшится загрязнение воздушной среды вредными выбросами и улучшится экологическая обстановка в портах.

В настоящее время в мире более 117 судов уже используют сжиженный природный газ в виде топлива, примерно две трети из них задействованы в Европе. Доверие к использованию СПГ-энергии на флоте нарастает так, что уже через считаные годы, согласно совместному докладу южнокорейского банка Korea Development Bank и агентства по содействию торговле и инвестициям Korea Trade-Investment Promotion Agency, опубликованному в конце апреля прошлого года, к 2025 году около 60,3% мирового портфеля заказов на строительство судов будет представлено СПГ судам. В докладе, который основывается на данных глобальной исследовательской фирмы по судоходству и судостроению Clarksons и британского классификационного общества Lloyd’s Register, прогнозируется, что к 2025 году в мире должны быть введены в эксплуатацию дополнительные 1962 морских судна различной специализации, использующих в качестве топлива СПГ.

Отечественный опыт судовых установок, работавших на сжиженном газе, датируется 1960-ми годами, когда в Каспийском морском пароходстве были разработаны и эксплуатировались первые газомоторные главные судовые энергетические установки. Тогда к практике использования природного газа в качестве судового топлива вынужденно прибегли при строительстве и эксплуатации судов-газовозов.

Дело в том, что природный газ транспортируется, как правило, в жидком виде. Его предварительно охлаждают на специальных заводах сжижения природного газа. Объем сжиженного газа, достигаемый при такой подготовке, становится в 85 раз меньше его объема при нормальных условиях. Однако уже на стадии перевозки в качестве груза, вследствие естественных теплопритоков, сжиженный газ нагревается и нуждается в охлаждении, чтобы сохранить транспортные характеристики груза. Самым простым способом охлаждения такого груза является использование известного физического свойства испаряемых жидкостей – естественное испарение.

По мере развития морской инженерной науки, потребности учесть новые так называемые вызовы человечеству идея использования природного газа на флоте вышла за пределы специализированного флота танкеров-газовозов и стала охватывать почти без исключения другие специализированные типы судов.

Представим этот ряд судов, работающих на СПГ, начиная с современных отечественных судов танкерного типа.

Время первых

Конструкция судна-газовоза позволяет самостоятельно преодолевать лед толщиной более 2 м. Мощность силовой установки газовоза составляет 45 МВт. Длина судна – 300 м, ширина – 48,8 м, вместимость грузовых СПГ-танков – 172,6 тыс. м 3 . Данные суда отличаются повышенной экологической безопасностью.

Сейчас на танкерах-газовозах планируется устанавливать 2-топливные паровые турбины, способные работать как на судовом мазуте, так и на отпарном газе. Предельно допустимое значение показателя испарения в кипящем слое составляет порядка 0,15% в сутки от объема груза.

Контейнеровозы на СПГ. Контейнеровоз (3100 TEU контейнеровместимости) с силовой установкой на СПГ Isla Bella (IMO: 9680841) находится в совместной собственности TOTE и General Dynamics NASSCO. Это судно является первым из двух контейнеровозов класса Marlin и крупнейшим сухогрузом с силовой установкой на СПГ с малооборотным двигателем MAN ME-GI, работающем на двух видах топлива.

Как сообщает судовладелец, двигатели судна снизили выбросы окисей азота на 98%, окисей серы на 97% и углекислого газа на 72%, сделав это самым чистым экологическим проектом для такого размера судна. Судно обладает также системой обработки балластной воды, способно, когда необходимо, двигаться за счет сжигания и дизельного топлива. Второе судно этой серии, Perla del Caribe (IMO: 9680853), вступило в строй в 2016 г.

Круизное судно с силовой установкой на СПГ. Компания Carnival Corporation заказала четыре круизных судна с силовой установкой на СПГ, два из которых присоединятся к флоту AIDA Cruises. Строительство будет выполнено на судоверфях Meyer Werft и Fincantieri S.p.A. Поставка судна AIDAnova (IMO: 9781865), по нашим данным являющегося первым СПГ мировым пассажирским круизным лайнером, состоялась в 2018 году.

Круизный лайнер Carnival Cruise Line, названный Mardi Gras (IMO: 9837444), относящийся к классу Excellence (подкласса XL class), должен был быть построен в 2020 году, но из-за пандемии запущен в эксплуатацию в феврале 2021 года, получив регистрацию под флагом Панамы. М.м Mardi Gras рассчитан на 5282 пассажиров. Во многих отношениях это круизное судно – веха в истории как самой судоходной круизной компании, так и в истории судоходного регистра Панамы, где судовладелец зарегистрировал уже 20 круизных судов.

Перевалка бункера СПГ на борт Mardi Gras будет осуществляться с борта баржи-заправщика СПГ Q-LNG 4000, которому к моменту написания настоящего материала еще не присвоен номер IMO.

Паром Ro-Ro с силовой установкой на СПГ. Самый большой в мире паром Ro-Ro Searoad Mersey 2 (IMO: 9745794) с силовой установкой на СПГ заказан австралийским судовладельцем SeaRoad и построен на верфи Flensburger-Schiffbau-Gesellschaft (FSG) в Германии в 2016 г.

Судно имеет гибкие возможности перевозки груза и способно размещать контейнеры, включая рефрижераторные, трейлеры, автомобили и опасные грузы, а также домашний скот.

Судно обеспечения платформ с силовой установкой на СПГ. M/v Rem Eir (IMO: 9668647), крупнейшее в мире судно с силовой установкой на СПГ, было построено на верфи Kleven Vreft в 2014 году. Находится в собственности компании Remшy Shipping. Оно имеет длину 92,5 м, ширину 20 м и вместимость палубы 1080 м 2 .

Цементовоз с силовой установкой на СПГ. Судно-цементовоз Greenland (IMO: 9734264) с силовой установкой на СПГ построено на верфи Ferus Smit для компании Erik Thun AB в 2015 году и поставлено компании JT Cement.

Погрузочно-разгрузочное оборудование будет способно выгружать до 500 куб. м в час. При длине 109,65 м и ширине 14,99 м грузовая вместимость будет составлять около 7200 тонн.

Суда типа Кон-Ро с силовой установкой на СПГ. Суда типа Кон-Ро с силовой установкой на СПГ поступили в эксплуатацию в 2017 году. Проект судов класса Commitment представлен компанией Wartsila Ship Design совместно с Crowley – дочерней компанией Jensen Maritime. Они спроектированы для максимизации перевозки 53-футовых контейнеров шириной 102 дюйма, которые обладают наиболее высокой объемной вместимостью в сфере торговли. Суда имеют длину 219,5 м, ширину 32,3 м, осадку 10 м и приблизительный дедвейт 26 500 т. Грузовместимость примерно 2400 TEU с дополнительным пространством для почти 400 автомобилей в закрытом пространстве с погрузкой Ro-Ro. Главный и вспомогательные двигатели будут работать на экологически чистом СПГ. Эти новые суда названы El Coquн (IMO: 9721968) и Taнno (IMO: 9721970).

Буровое судно с силовой установкой на СПГ. Первое в мире буровое судно с силовой установкой на СПГ будет построено на верфи Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME) в Южной Корее по совместному опытно-конструкторскому проекту с фирмой ABS.

DSME выполнила концептуальный проект, сравнение между двумя типами танков для хранения СПГ и анализ системы подачи топливного газа, которая будет установлена на буровом судне. Объем работы ABS включает проверку концептуального проекта, проверку основных технических решений и оценку риска пространства танка и зоны доступа, системы подачи топливного газа, машинных помещений и зоны доступа и соответствующих схем расположения.

Буксиры с силовой установкой на СПГ. Суда Borgøy (IMO: 9662112) и Bokn (IMO: 9662124) спроектированы норвежским судовладельцем Buksйr og Berging AS и построены на турецкой верфи Sanmar в 2015 г.

В качестве силовых установок на буксирах используются по два двигателя от Rolls-Royce Bergen, работающих на обедненных смесях, с общей выходной мощностью 3410 кВт при 1000 об/мин. Двигатели имеют прямое подсоединение к азимутальному Z-образному приводу с регулируемой скоростью вращения, установленному в корме. Винты имеют диаметр 3000 мм. Буксиры построены на класс компании DNV, включая Fi-fi и улавливание масла из выбросов, а также эскортную нотацию. Буксиры имеют длину 35 м, ширину 15 м и осадку 5,5 м и обладают превосходными возможностями для сопровождения судов с управляющим усилием в 100 тонн на скорости 10 узлов. Статическое тяговое усилие при работе на швартовах – 70 тонн. Для вспомогательных задач, где требуется маневренность в непосредственной близости, суда оборудованы носовым подруливающим устройством Schottel мощностью 333 кВт, в то время как главная буксирная лебедка, поставленная фирмой Karmoy, имеет тормозную силу 250 тонн.

На первую бункеровку 14,7 т СПГ-буксиру потребовалось 3,5 часа.

Рыболовецкие суда на батарейном и газовом питании. Рыболовецкое судно, оборудованное батарейным и газовым питанием серии Libas (IMO: 9850989), построенное в Турции в 2019 г., имеет на борту резервуар для СПГ объемом 350 м 3 . Длина нового судна составляет 86 м, ширина – 17,80 м. Судно может быть оснащено как ярусолов, так и как траулер.

Примером другого рыболовецкого судна, оборудованного батарейным и газовым питанием, может быть ярусолов, построенный в ледовом классе, имеющий длину 62,80 м и ширину 14,0 м.

СПГ-бункеровщики. Понятно, что перевод флота на альтернативные источники питания требует формирования инфраструктуры для бункеровки соответствующим топливом. Это стало понятно как судовладельцам, проявляющим интерес к альтернативному топливу, так и традиционным мировым портам, являющимся бункеровочными центрами. Таким образом, порты, чтобы обеспечить растущий объем спроса на бункеровочные операции СПГ-топливом, стали концентрироваться на этом быстрорастущем сегменте бункеровки.

В частности, показательной стала деятельность сингапурского судостроительного предприятия Keppel Offshore & Marine, который объявил о заключении дочерней компанией контракта на строительство первого в Сингапуре двухтопливного танкера-бункеровщика, работающего на СПГ. Контракт был подписан между дочерней Keppel O&M Keppel Singmarine и Mitsui & Co с частичным финансированием со стороны правительства Сингапура. Танкер будет принадлежать оператору Sinanju Tankers Holdings Pte Ltd. (Sinanju) на основе финансового соглашения с Mitsui AP. Бункеровщик спущен на воду в середине 2020 года. Соглашение предусматривает для Sinanju и Mitsui AP опцион на строительство второго аналогичного бункеровщика, который нужно будет подтвердить в течение шести месяцев с даты вступления в силу первого контракта. Танкер-бункеровщик СПГ дедвейтом около 8 тыс. тонн стал первым бункеровщиком для Сингапура, работающим на СПГ-топливе. Построенный на класс общества Bureau Veritas, танкер предполагался для использования по своему прямому назначению в пределах акватории порта. Компания Sinanju предполагала софинансирование в размере до 2 млн синг. долларов (USD 1,5 млн) как один из участников экспериментальной программы СПГ-бункеровки (LBPP), запущенной морской и портовой администрацией Сингапура.

В другой части региона Восточной Азии японская Marubeni Corporation объявила о начале проведения совместного технико-экономического обоснования с национальной нефтяной компанией Таиланда PTT Public Company Limited, цель которого заключается в осуществлении бункеровки судов СПГ в крупнейшем промышленном порту Таиланда Лаем-Чабанг. В совместном исследовании предполагается подтвердить бизнес-параметры возможности реализации бункеровки СПГ, в которой будет использоваться судно-заправщик.

Новое судно планируется вписать в деятельность существующего приемного терминала СПГ транспортных судов компании PTT, который расположен в Map Ta Phut (провинция Районг, примерно в 200 км к юго-востоку от Бангкока). Этот район называется в Таиланде Восточным экономическим коридором, являющимся особой экономической зоной, в которой воплощаются в жизнь инфраструктурные проекты на стратегической основе. Японское правительство выражает поддержку и вносит свой вклад в развитие инфраструктуры в этом районе с целью укрепления промышленного потенциала Таиланда.

Кроме того, Marubeni Corporation намерена содействовать развитию инфраструктуры в странах ЕЭС и их переходу на СПГ для снижения негативного воздействия на окружающую среду.

В другой части региона южнокорейская судостроительная компания HYUNDAI MIPO DOCKYARD, дочернее предприятие южнокорейской судостроительной группы Hyundai Heavy Industries, получила заказ на строительство СПГ-бункеровщика стоимостью 71,5 млрд вон (USD 61,3 млн) от неназванного азиатского судовладельца. Судно, длина корпуса которого составляет 166 м, ширина – 24,4 м, грузовместимость – 18 000 м 3 , должно быть передано заказчику в январе 2022 года. У заказчика есть опцион на еще один такой же СПГ-бункеровщик. Как сообщает Hyundai Mipo, судно будет оснащено двухтопливным двигателем, использующим в качестве основного топлива отпарной газ СПГ. Одним из новаторских решений, применяемых в новом судне, должна быть система охлаждения корпуса, которая призвана сводить к минимуму испарение груза СПГ.

Переоборудование судов под новый СПГ вид топлива. По мнению экспертов, Китай стремительно движется в направлении использования СПГ в качестве бункерного топлива. Особенность движения Поднебесной состоит в том, что, не усложняя свою позицию в этом вопросе длительными рассуждениями, как это делают, например, японские компании, китайцы пошли по пути переоборудования уже существующих судов на СПГ, в частности, как показано в таблице.

Читайте также: