Alfa Laval - Schiffskraftstoffe in der schwefelarmen Ära

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Schiffskraftstoffe in der schwefelarmen Ära

Der globale Markt für Marinekraftstoffe befindet sich in einem großen Umbruch, da sich die Branche auf die nächste Phase der schwefelarmen Ära vorbereitet. Ab dem 1. Januar 2020 treten neue Regelungen der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) in Kraft. Ziel: die von Schiffen in die Atmosphäre abgegebene Schwefelmenge verringern. Um die Auswirkungen dieser Änderung auf die Branche zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die derzeit verwendeten Kraftstoffe, die Mischung von Bunker-Kraftstoffprodukten, die in den kommenden Jahren wahrscheinlich stärker zur Geltung kommen wird, und wie das erweiterte Angebot an möglichen Kraftstoffen die Betreiber herausfordern wird.

Vermeidung von Schwefelemissionen

Die neuen IMO-Vorschriften werden häufig als Einstieg in die schwefelarme Ära bezeichnet, tatsächlich beginnt aber nach 2020 eine noch schwefelärmere Ära für die Branche.

Schwefel ist ein natürlich vorkommendes Element, das in allen fossilen Brennstoffen vorhanden ist. Er ist lebensnotwendig, aber sein Vorhandensein in der Atmosphäre als Schwefeloxide (SOx) kann bei hohen Konzentrationen schwerwiegende gesundheitliche und Umweltprobleme hervorrufen.

Bis heute ist die Schifffahrtsbranche einer der größten Emittenten von SOx – 2007 etwa wurden 15 Millionen Tonnen SOx von Schiffen ausgestoßen, was etwa 5 bis 8 % der weltweiten Emissionen entspricht. Dies soll sich jedoch schnell ändern.

Die IMO hat begonnen, die Umweltbelastungen der Schifffahrt mit MARPOL 73/78 (das internationale Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe von 1973, geänderte Fassung von 1978) zu regulieren.

Im Jahr 2005 trat dann Anlage VI der Konvention in Kraft, die erstmals die Schwefeloxid (SOx)- und Stickoxid (NOx)-Emissionen in den Schiffsemissionen einschränkte. In Bezug auf SOx wurde der erste weltweite Grenzwert auf 4,50 Massenprozent Schwefel in Schweröl festgelegt. Darüber hinaus wurden in Anlage VI Emissionskontrollgebiete (ECA) eingerichtet, eine kleine Anzahl begrenzter Zonen in der Nähe mehrerer großer Ballungszentren, in denen ein viel niedrigerer Schwefelgrenzwert festgelegt wurde.

Im Jahr 2012 wurde der weltweite Grenzwert auf 3,50 Massenprozent gesenkt. 2015 wurde der Grenzwert in ECA-Zonen dann auf 0,10 Massenprozent gesenkt. Für das Jahr 2020 bleibt der ECA-Grenzwert bestehen, der weltweite Grenzwert sinkt jedoch auf 0,50 Massenprozent.

Trotz einiger Bedenken, dass sowohl die Schifffahrts- als auch die Raffineriebranche mehr Zeit benötigen, um sich auf die Änderung vorzubereiten, hat die IMO kürzlich bestätigt, dass die Einführung des Grenzwerts von 0,50 Massenprozent nicht verschoben wird und dass ab dem 1. Januar 2020 alle Schiffe diese Verpflichtungen einhalten müssen oder mit empfindlichen Strafen belegt werden, einschließlich der Seeuntüchtigkeitserklärung.

Die Kraftstoffe der schwefelarmen Ära

Auch wenn sich die Veränderungen des letzten Jahrzehnts bereits auf die Vielfalt der weltweit verfügbaren Kraftstoffe ausgewirkt haben, wird der Großteil der Flotte immer noch mit Schweröl betrieben.

Die neuen Bestimmungen, nach denen der derzeitige Schwefelgehalt um 85 % gesenkt werden muss, werden jedoch noch bedeutendere Änderungen zur Folge haben, als die Branche je gesehen hat. Personen ohne aktuelle Kenntnisse der Kraftstoffparameter und der damit verbundenen Anforderungen an die Handhabung riskieren erhebliche Kosten und Probleme.

Beim Lloyd's List Business Briefing vor kurzem stellten die Diskussionsteilnehmer fest, dass die Raffinerien zwar auf ein koordiniertes Vorgehen verzichten, dass die Branche jedoch offensichtlich auf eine Zukunft mit mehreren Kraftstoffen zusteuert.

Wir können davon ausgehen, dass die Kraftstoffe nach 2020 in fünf Hauptkategorien eingeteilt werden:

  • Schweröl mit extrem niedrigem Schwefelgehalt (ULSFO), max. 0,10 %
  • Schweröl mit äußerst niedrigem Schwefelgehalt (VLSFO), max. 0,50 %
  • Schweröl, max. 3,50 %
  • LNG (Liquid Natural Gas; Flüssigerdgas)
  • Andere

ULSFO 0,10 % S

Eine Reihe neuer Kraftstoffe, die auf den Markt gekommen sind, um die ECA-Anforderungen von 0,10 % zu erfüllen, werden weiterhin verwendet. Diese Arten von Kraftstoffen sind meist reine Destillate. Sie können aber auch Hybride sein – Gasöl mit Restöl gemischt. Im Allgemeinen funktionieren diese Kraftstoffe gut mit Standardmotorkonfigurationen, auch wenn diese möglicherweise Änderungen an den Abläufen erfordern. Beispiel: Die Destillate weisen relativ niedrige Viskositätsniveaus auf, die ein sorgfältiges Management erfordern. Einige der neuen Hybride verwenden auch Produkte, die traditionell nicht in maritimen Anwendungen eingesetzt werden, was zu Unsicherheit in Bezug auf Stabilität, Kompatibilität und Kontamination führt. Aufgrund der potenziell hohen Nachfrage nach diesen Kraftstoffen befindet sich die Schifffahrtsbranche möglicherweise im Wettbewerb mit anderen Branchen. Diese Kraftstoffe sind eine teure Option.

VLSFO 0,50 % S

Raffinerien müssen ihre Rückstände stets proaktiv aufbrauchen. Geeignete Restprodukte können mit schwefelarmen Destillaten zu hochwertigen, konformen Kraftstoffen vermischt werden. Diese Mischungen können bis zu 40 % Rückstände enthalten und dennoch unter dem Schwefelgrenzwert von 0,50 % liegen. Sie sind jedoch mit einem hohen Instabilitätsrisiko behaftet und können überempfindlich auf das Vermischen mit anderen an Bord befindlichen Kraftstoffen reagieren.

Schweröl (HFO) mit Wäschern

Auch wenn die IMO-Vorschriften über den Schwefelgehalt im Kraftstoff ausgedrückt werden, gelten Schiffe als konform, wenn sie über eine Technologie verfügen, die den Schwefel aus ihren Abgasen „wäscht“. Wäscher, die bereits in Betrieb sind, können erwiesenermaßen mit hohem Schwefelgehalt im Kraftstoff umgehen. Sie ermöglichen den Betreibern, die billigen und reichlich vorhandenen, vertrauten Reststoffe weiter zu nutzen. Auch wenn es nicht für alle Schiffe geeignet ist, wird dies für viele eine attraktive Option sein.

LNG

Der Schwefelgehalt von LNG liegt weit unter den gesetzlichen Grenzwerten und ist aufgrund seiner sauberen Verbrennung eine attraktive Wahl. In der Praxis schließen die Kosten für Umbau, Herstellung, Transport und Lagerung (sowohl an Land als auch an Bord) diese Option jedoch für die meisten Betreiber aus. LNG besteht hauptsächlich aus Methan, einem starken Treibhausgas. Daher stellt Entweichen ein erhebliches Umweltproblem dar. Und bei der Verbrennung von LNG wird dennoch mehr Kohlendioxid freigesetzt, als vielen bekannt ist. Derzeit sind nur rund 200 LNG-Schiffe in Betrieb oder bestellt. Die Anzahl der Neubauten wird stetig wachsen. ExxonMobil geht davon aus, dass Gas 12 % des Treibstoffs im Jahr 2040 ausmachen wird. Anders gesagt wird LNG möglicherweise der wichtigste Kraftstoff für die Schifffahrt der Zukunft, diese Zukunft liegt allerdings noch Jahrzehnte entfernt.

Andere

Eine Reihe anderer Kraftstoffe ist mittlerweile ebenfalls in diesem Mix enthalten. Dazu gehören Biokraftstoffe, auch bekannt als FAME (Fettsäuremethylester), Kraftstoffe, die aus Kunststoffabfällen gewonnen werden, Methanol sowie andere neue Typen, die noch nicht auf dem Markt sind. Einige dieser Kraftstoffe weisen problematische Eigenschaften für den Einsatz in der Schifffahrt auf, wie z. B. ein hohes Risiko für mikrobielles Wachstum. Dennoch ist Biodiesel schwefelfrei und weist eine relativ hohe Schmierfähigkeit auf. Diese Arten von Kraftstoffen sind nach wie vor zu teuer, um alleine eine attraktive Wahl darzustellen, sie können jedoch zum Mischen mit anderen Kraftstoffen nützlich sein, um den Schwefelgehalt zu senken.

Die Herausforderung für die Schifffahrt

Bei der Umstellung auf den Grenzwert von 0,50 % gibt es keinen reibungslosen Übergang. Wie oben erwähnt, ist vom ersten Tag an eine strikte Einhaltung erforderlich. In diesem Sinne wird die größte anfängliche Herausforderung nicht so sehr auf See sein, sondern in der Lieferkette, in der Bunkerschiffe gereinigt und bereit sein müssen und Tanks mit konformem Kraftstoff gefüllt werden müssen.

Für Schiffseigner dürfte die Verfügbarkeit schwefelarmer Kraftstoffe jedoch nicht das größte Problem sein. Das eigentliche Problem wird das Vorhersehen der verschiedenen verfügbaren Kraftstoffe und das Verstehen, wie sie einzeln und in Kombination mit anderen Kraftstoffen verwendet werden. Lloyd’s Register Kraftstoffspezialist Tim Wilson erklärt:

Der Schiffseigner muss sein Kraftstoffmanagement so klar definieren, dass es die enorme Vielfalt an Kraftstoffformeln berücksichtigt, die ihn an den verschiedenen Bunkern erwarten. Er kann an Bord eines Schiffes erhebliche Betriebsrisiken eingehen.

Instabilität

Ein Kraftstoff gilt als stabil, wenn er dazu neigt, seine Materialeigenschaften im Laufe der Zeit beizubehalten. Instabile Kraftstoffe unterliegen kurzfristig chemischen Veränderungen, die zu schwerwiegenden Betriebsproblemen führen können.

In instabilen Destillaten werden ungesättigte Kohlenwasserstoffe oxidiert, wobei Harz, Gummi und Lack entstehen.

In instabilen Restbrennstoffen neigen Asphaltene und andere aromatische, polare Kohlenwasserstoffmoleküle dazu, zu verklumpen und dicke Schlämme in Lagertanks zu bilden. Diese Schlämme sind klebrig und hochviskos.

Auf einem Schiff mit instabilen Kraftstoffen können Filter, Abscheider und Rohrleitungen verstopft werden. Wenn die Kraftstoffpumpen überlastet werden, kann es zu Zünd- und Verbrennungsproblemen kommen und es besteht die Gefahr, dass Kolben, Kolbenringe und Zylinderlaufbuchsen dauerhaft beschädigt werden. In extremen Fällen können sogar Haupt- und Hilfsmotoren angehalten werden, was eine ernsthafte Gefahr für das Schiff und seine Crew darstellt.

Inkompatibilität

Auch wenn zwei oder mehr Kraftstoffe für sich allein stabil sein können, kann das Vermischen derselben zu einer instabilen Mischung führen. Dies wird als Inkompatibilität bezeichnet.

Beim Mischen von HFO und VLSFO beispielsweise wird wahrscheinlich ein instabiles Öl erzeugt. Ebenso können ULSFO Kompatibilitätsprobleme mit HFO, VLSFO und sogar anderen ULSFO verzeichnen. Da 2020 eine breitere Vielfalt denn je an Kraftstoffen auf den Markt kommt, können wir davon ausgehen, dass die Inkompatibilität zu einem weiter verbreiteten und komplexen Problem für die Branche wird.

Die Bedeutung der Prüfung von Kraftstoffen und der Reinigung von Tanks

Es ist zu erwarten, dass die Stabilitäts- und Kompatibilitätsprobleme, die seit der Schaffung der ECA-Zonen auftreten, ab 2020 weiter zunehmen werden, da Zulieferer Mischungen herstellen, um vorhandene Bestände im Bunker aufzubrauchen, oder wenn Schiffe neue Kraftstoffe in Tanks mit Restkraftstoffen aufnehmen.

Stabilitätsprüfungen neuer Kraftstoffe sind zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck arbeiten ISO WG6 (ISO 8217) und CIMAC WG7 derzeit an Methoden, um Stabilitäts- und Kompatibilitätsprobleme besser zu verstehen. Die Zusammenarbeit zwischen den Raffinerien und Prüflaboratorien kann ebenso zu einer guten Kenntnis der neuen Produkte beitragen.

Darüber hinaus müssen die Betreiber sicherstellen, dass verschiedene Kraftstoffe an Bord voneinander getrennt werden und dass ihre Tanks und Kraftstoffbehandlungsleitungen unabhängig voneinander arbeiten können, um Verstopfungsgefahren zu verringern. Lässt sich eine Kraftstoffmischung nicht vermeiden, sollten zunächst Kompatibilitätsprüfungen durchgeführt werden. Einfache Tests an Bord sind möglich, detailliertere Labortests bieten jedoch mehr Sicherheit.

Die Tanks sollten regelmäßig gereinigt werden, um die Gefahr der Schlammbildung auf See zu verringern. Ebenso müssen die Crews besonders auf Anzeichen von Inkompatibilität achten, wenn sie von einem Treibstoff auf einen anderen wechseln.

Andere Überlegungen

Der neue Mix aus Schiffskraftstoffen wird die Komplexität in anderen Aspekten der Behandlung von Kraftstoffen und der Kraftstoffaufbereitung erhöhen. Weitere Herausforderungen in naher Zukunft:

  • Temperatur – Verschiedene Kraftstoffe haben unterschiedliche Viskositäten und Flammpunkte. Daher müssen die Betriebstemperaturen sorgfältig geregelt werden, um einen gleichmäßigen Kraftstofffluss sicherzustellen, ohne einen Wärmeschock in Pumpen und anderen Geräten zu verursachen und um die Gefahr eines Brandes zu vermeiden.
  • Schmierfähigkeit – Die Crews müssen wissen, wie viel Schmierstoff jeder Kraftstoff liefert, und gegebenenfalls Anpassungen vornehmen, um die Motoren zu schützen.
  • Katalytische Feinstaubpartikel – Für die Entfernung von Schwefel aus Kraftstoff sind Katalysatoren erforderlich, die kleine, harte Partikel zurücklassen, die Motoren und andere Geräte beschädigen können, wenn sie nicht effektiv vom Kraftstoff getrennt werden. Kraftstoffe mit niedrigem Schwefelgehalt können auch höhere Feinanteile aufweisen.
  • Wasserverschmutzung – Einige Kraftstoffe ziehen mehr Wasser an als andere, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert und Motoren und andere Komponenten angegriffen werden können, wenn sie nicht effektiv entfernt werden.
  • Mikrobielle Kontamination – Insbesondere Biokraftstoffe können zu mikrobiellen Blüten neigen, was Verstopfungen und Korrosion verursachen kann.

Wissensvorsprung

Weil sich die Schifffahrtsindustrie so sehr und so schnell ändern wird und weil so viele Aspekte der Treibstoffsituation nach 2020 unsicher bleiben, ist es wichtig, engagiert zu bleiben, insbesondere beim Übergang in die neue Ära.

Wissen und Bewusstsein sind die Schlüssel zum Erfolg. Daher ist es an allen verantwortlichen Stakeholdern, Wissen auszutauschen, Expertenmeinungen zu suchen und an dem Gespräch teilzunehmen. Alfa Laval Fuel Line und andere aufstrebende Sites möchten informieren und den Dialog fokussieren. Durch die Zusammenarbeit in der Branche – von Schiffseignern und -betreibern, Werften, Versicherern, Raffinerien, Herstellern von Ausrüstung und Motoren bis hin zu Zulieferern – besteht die beste Chance, sicher in den unbekannten Gewässern zu navigieren.

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