Η μεθανόλη σαν ναυτιλιακό καύσιμο - προβλήματα και προοπτικές

Κασιμάτης, Ανδρέας

Methanol as marine fuel - challenges and opportunities

Διπλωματική εργασία

Author

Κασιμάτης, Ανδρέας

Date

2021-03-02

Advisor

Χατζηαποστόλου, Αντώνιος

Kasimatis_51115041.pdf (1.557Mb)

Keywords

Μεθανόλη ; Μετασκευή ; Ναυτιλιακά καύσιμα ; Ασφάλεια πλοίων ; Αέρια ρύπανση

Abstract

H παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη χρήση της μεθανόλης ως ναυτιλιακό καύσιμο. Η διαθεσιμότητα της μεθανόλης δεν αποτελεί πρόβλημα, αφού χαρακτηρίζεται ως ένα από τα εμπορικότερα χημικά που διακινούνται παγκοσμίως. Ο κύριος λόγος που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως καύσιμο, είναι η ικανότητά της να συμμορφώνεται με τα αυστηρά πλαίσια που έχουν θεσπιστεί για τους αέριους ρύπους στη ναυτιλία. Η εργασία αρχικά εξετάζει τα βασικά χαρακτηριστικά της μεθανόλης σαν καύσιμο και περιγράφει τις βασικές μεθόδους παραγωγής της. Στην συνέχεια αναλύεται το θεσμικό πλαίσιο του Ι.Μ.Ο. με ιδιαίτερη αναφορά στα πλεονεκτήματα που προσφέρει η χρήση της μεθανόλης. Το μεγαλύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας ασχολείται με τη μελέτη περίπτωσης μετασκευής ενός μικρού πλοίου μεταφοράς οχημάτων (M/S Jupiter), έτσι ώστε, αντί για καύσιμο πετρέλαιο, να χρησιμοποιεί μεθανόλη. Η μελέτη της μετασκευής αυτής αποτέλεσε το αντικείμενο ενός ερευνητικού έργου που χρηματοδοτήθηκε από τον Σουηδικό κρατικό φορέα ναυτιλίας και το Ινστιτούτο Μεθανόλης, από το οποίο αντλήθηκαν πολλές πληροφορίες. Το έργο αυτό (SUM.METH. - Sustainable Marine Methanol) ολοκληρώθηκε το 2018 και αφορούσε τη μελέτη της δυνατότητας μικρών πλοίων που πλέουν κοντά στην ακτή και σε ποτάμια στην βορειοδυτική Ευρώπη, να μετατραπούν έτσι ώστε να λειτουργούν με καύσιμο μεθανόλη, ενώ παράλληλα να αντιμετωπισθούν όλα τα θέματα ασφαλείας και λειτουργίας που αφορούν την μετασκευή. H παρουσίαση του σχεδίου μετασκευής του αναδεικνύει τα βασικά στοιχεία που πρέπει να έχουν ο χώρος αποθήκευσης της μεθανόλης και ο χώρος του μηχανοστασίου, προκειμένου το περιβάλλον επάνω στο πλοίο να θεωρείται ασφαλές για τους επιβάτες. Εκτός της ασφάλειας, γίνεται αναφορά τόσο στη τεχνολογία των κινητήρων που μπορούν να αξιοποιήσουν τη μεθανόλη ως καύσιμο όσο και στη μείωση των ατμοσφαιρικών ρύπων. Συγκεκριμένα, γίνεται μια σύγκριση των οξειδίων του αζώτου και του θείου και των αιωρούμενων σωματιδίων που παράγονται από τη μεθανόλη με τους αντίστοιχους ρύπους που προκύπτουν από το συμβατικό ναυτιλιακό καύσιμο που χρησιμοποιεί το πλοίο M/S Jupiter. Εξίσου σημαντική είναι και η σύγκριση των αερίων του θερμοκηπίου όπου το ενδιαφέρον συγκεντρώνεται γύρω από την πιθανότητα χρήσης της βιομεθανόλης και την ουδετερότητα που συνοδεύει τη χρήση της, στον κύκλο του άνθρακα. Τέλος εξετάζεται η οικονομική πλευρά της χρήσης μεθανόλης, η οποία με τα σημερινά δεδομένα, δεν αποτελεί συμφέρουσα λύση, χωρίς τη θέσπιση κινήτρων από μέρους της πολιτείας, είτε σε εθνικό, είτε σε περιφερειακό (ευρωπαϊκό) επίπεδο. Τα ευρήματα από τη διπλωματική εργασία φανερώνουν ότι η διαθεσιμότητα, ο θετικός περιβαλλοντικός αντίκτυπος και το ενδιαφέρον που εκδηλώνεται τόσο για την τεχνολογία των κινητήρων όσο και για θέματα ασφάλειας σχετικά με τη μεθανόλη, μπορούν να την καταστήσουν μια σημαντική επιλογή στον τομέα των εναλλακτικών ναυτιλιακών καυσίμων, ιδιαίτερα αν το οικονομικό πλαίσιο της χρήσης της αλλάξει με την θέσπιση υποβοηθητικών οικονομικών κινήτρων.

Abstract

This thesis is about methanol and its application as an alternative marine fuel. Methanol is one of the most commercial chemicals in the world, therefore, its availability as a bunker fuel is not considered a hurdle. Despite of its difficulties related to certain characteristics, such as flammability, the main reason that methanol is currently seriously considered as an alternative marine fuel is that it can easily comply with the strict regulations regarding air pollution in maritime. The main characteristics of methanol are initially presented, as well as its main production methods. The IMO (International Maritime Organization) regulatory framework concerning air pollution and GHG (Green House Gases) is analysed and the potential advantages offered by the methanol use as a marine fuel are presented. A case study of a ship conversion of an existing road ferry for diesel to methanol operation is presented in details, based on the publicly available findings of a research project titled “Sustainable Marine Methanol - SUMMETH”. This project was financed by the Swedish Maritime Administration and the Methanol Institute, was finalized on 2018, and its overall objective was to advance the technological development and provide recommendations for introduction of methanol as an alternative fuel for coastal and inland waterway vessels to reduce their emissions and carbon footprint, targeting mainly north west Europe. More specifically, the study and the present thesis are focused on the engine technology required and the safety measures that have to be adopted, in order for methanol to be a safe option. The presentation of the conversion design of the road ferry M/S Jupiter includes important details regarding the arrangements of the tank room and the machinery. A key aspect of these arrangements is the safety of all passengers. Τhe engine technology options that are capable of using methanol as a marine fuel in order to reduce the air pollutants, i.e. nitrogen and sulfur oxides, particulate matter, as well as carbon dioxide as the main greenhouse gas, are analysed. A detailed comparison of air pollutants and GHG from methanol with those that are generated from diesel, follows. Green methanol is also considered as it drastically reduces GHG in the carbon cycle. The methanol case is also analysed from an economical point of view and is currently considered a rather expensive solution. The findings of this thesis shows that methanol presents promising data regarding availability, environmental performance, engine development and safety measures. As a result, it can be considered as a strong candidate for the alternative fuel sector, especially if certain financial incentives for its use are adopted on a national or European level, in the near future.