Meriteollisuuden polttoaineet rikkipäästövaatimusten tiukentuessa

Eroon rikkipäästöistä

Monien mielestä uudet IMO-säädökset avaavat ovet uudelle vähärikkiselle aikakaudelle, mutta itse asiassa vuoden 2020 jälkeen alalla siirrytään pienempien rikkipäästöjen aikakauteen.

Rikki on alkuaine, jota kaikki fossiiliset polttoaineet sisältävät. Se on elämälle välttämätöntä, mutta sen läsnäolo ilmakehässä rikkioksideina (SOx) voi suurina pitoisuuksina aiheuttaa monia vakavia terveys- ja ympäristöongelmia.

Tähän saakka laivaliikenne on ollut yksi suurimmista SOx-päästöjen aiheuttajista. Esimerkiksi vuonna 2007 laivat aiheuttivat 15 miljoonan tonnin SOx-päästöt, eli noin 5–8 % maailmanlaajuisista päästöistä. Mutta tämä muuttuu nopeasti.

IMO aloitti merenkulun ympäristövaikutusten sääntelyn MARPOL 73/78 -sopimuksella (vuoden 1973 kansainvälinen yleissopimus alusten aiheuttaman saastumisen ehkäisemisestä, jota on muutettu vuoden 1978 pöytäkirjalla).

Vuonna 2005 voimaan tuli yleissopimuksen liite VI, joka rajoitti ensimmäistä kertaa rikkidioksidin (SOx) ja typen oksidien (NOx) pitoisuuksia alusten päästöissä. Ensimmäinen globaali SOx-raja-arvo oli 4,50 painoprosenttia polttoöljyssä. Lisäksi liitteessä VI vahvistettiin myös päästöjen valvonta-alueet (ECA). Nämä harvalukuiset rajoitetut vyöhykkeet sijaitsevat useiden suurten väestökeskusten ympärillä, joten rikkipitoisuuden raja asetettiin niillä paljon pienemmäksi.

Vuonna 2012 globaaliksi rajoitukseksi tuli 3,50 painoprosenttia. Vuonna 2015 ECA-alueiden raja-arvo alennettiin 0,10 prosenttiin. Vuonna 2020 ECA-raja-arvo pysyy muuttumattomana, mutta globaali raja-arvo laskee 0,50 prosenttiin.

Vaikka arvioidaan, että merenkulkuala ja öljynjalostamot tarvitsevat muutokseen valmistautumiseen enemmän aikaa, IMO on äskettäin vahvistanut, että 0,50 prosentin raja-arvon käyttöönottoa ei siirretä tulevaisuuteen. Kaikkien laivojen on täytettävä se 1.1.2020 vakavien rangaistusten uhalla, mukaan lukien merikelvottomaksi julistaminen.

Vähärikkisen aikakauden polttoaineet

Vaikka viime vuosikymmenen muutokset ovat jo vaikuttaneet eri puolilla maailmaa saatavilla oleviin polttoaineisiin, useimmat laivat halkovat maailman meriä edelleen raskaan polttoöljyn voimin.

Uudet säännöt, jotka vähentävät nykyistä rikkipitoisuutta 85 prosenttia, aiheuttavat merkittävämpiä muutoksia kuin mitä alalla on ikinä nähty. Operaattoreille, joilla ei ole ajantasaista tietoa polttoaineelle ja sen käsittelemiselle asetettavista vaatimuksista, aiheutuu suuria kustannuksia ja ongelmia.

Äskettäisessä Lloyd's List Business Briefing -julkaisussa todettiin, että vaikka öljynjalostamoissa ei ole otettu käyttöön koordinoitua lähestymistapaa, on selvää, että monipolttoaineratkaisut yleistyvät.

On odotettavissa, että vuoden 2020 jälkeen polttoaineet jakautuvat viiteen pääryhmään:

• Ultravähärikkinen polttoöljy (ULSFO), suurin sallittu rikkipitoisuus 0,10 %
• Erittäin vähärikkinen polttoöljy (VLSFO), suurin sallittu rikkipitoisuus 0,50 %
• Raskas polttoöljy, suurin sallittu rikkipitoisuus 3,50 %
• LNG (nesteytetty maakaasu)
• Muut polttoaineet

ULSFO 0,10 % S

Useita uusia polttoaineita, jotka tulivat markkinoille 0,10 prosentin ECA-vaatimuksen täyttämiseksi, käytetään edelleen. Tämäntyyppiset polttoaineet on yleensä tislattu pitkälle. Ne voivat kuitenkin olla myös hybridejä eli kaasuöljyä, joka on sekoitettu jäännösöljyyn. Yleensä nämä polttoaineet toimivat hyvin vakiomoottoreissa, vaikka ne voivat vaatia operatiivisia muutoksia. Esimerkiksi tisleiden viskositeettitasot ovat melko alhaiset, joten niitä on hallittava huolellisesti. Joissain uusissa hybrideissä käytetään tuotteita, joita ei perinteisesti käytetä merenkulussa, joten aiheutuu epävarmuutta vakaudesta, yhteensopivuudesta ja kontaminoitumisesta. Näiden polttoaineiden kysyntä voi nousta suureksi, joten varustamot voivat joutua kilpailemaan niistä muiden teollisuudenalojen kanssa. Lisäksi nämä polttoaineet ovat kalliita.

VLSFO 0,50 % S

Jalostamat haluavat hyödyntää sivuvirrat. On mahdollista valmistaa laadukkaita, vaatimukset täyttäviä polttoaineita sekoittamalla joukkoon tarkoitukseen soveltuvia sivuvirtoja. Nämä seokset voivat sisältää sivuvirtoja jopa 40 %, mutta silti rikkipitoisuus alittaa 0,50 %. Niillä on kuitenkin suuri todennäköisyys muuttua epävakaiksi, ja muiden polttoaineiden sekoittaminen niiden joukkoon laivassa voi aiheuttaa ongelmia.

Raskas polttoöljy (HFO) ja pesurit

Vaikka IMO:n säännöissä ilmoitetaan yläraja polttoaineen rikkipitoisuudelle, aluksia pidetään vaatimustenmukaisina, jos niissä käytetään päästövähennystekniikkaa, joka pesee rikin pois pakokaasuista. Jo käytössä olevat pesurit ovat osoittautuneet kykeneviksi käsittelemään polttoaineiden suuria rikkipitoisuuksia. Niiden avulla operaattorit voivat jatkaa halpojen, runsaasti sivuvirtoja sisältävien polttoaineiden käyttämistä, jotka ne jo tuntevat hyvin. Vaikka tämä ratkaisu ei sovi kaikille aluksille, se houkuttelee monia.

LNG

LNG:n rikkipitoisuus on alittaa säädöksen rajan selkeästi, ja sen puhtaat palamisominaisuudet tekevät siitä houkuttelevan valinnan. Käytännössä asennustöiden, valmistuksen, kuljetuksen ja varastoinnin kustannukset (sekä rannikolla että laivalla) nousevat liian kalliiksi. LNG on pääosin metaania, joka on erittäin haitallinen kasvihuonekaasu. Siksi vuodot aiheuttavat vakavia ympäristöhuolia. LNG:n polttaminen vapauttaa enemmän hiilidioksidia kuin monet ymmärtävät. Nykyään käytössä ja rakenteilla on vain noin 200 nesteytettyä maakaasua käyttävää alusta. Tämä määrä kasvaa tasaisesti, kun uusia laivoja rakennetaan. ExxonMobil arvioi, että vuonna 2040 käytettävästä polttoaineesta 12 % on kaasua. Siksi LNG:stä voi tulla tulevaisuudessa tärkein meriliikenteen polttoaine, mutta siihen kuluu aikaa vuosikymmeniä.

Muut

Tulossa on muitakin polttoainetyyppejä. Niitä ovat esimerkiksi biopolttoaineet eli rasvahappometyylieetteri (FAME), jota valmistetaan muovista ja metanolista, ja muut uudet tyypit, joita ei vielä ole markkinoilla. Joillakin näistä polttoaineista on merenkulun kannalta ongelmallisia ominaisuuksia, kuten suuri mikrobikasvun riski. Biodiesel ei kuitenkaan sisällä rikkiä, ja se voitelee melko tehokkaasti. Tämäntyyppiset polttoaineet ovat liian kalliita ollakseen houkuttelevia, mutta niitä voidaan sekoittaa muiden polttoaineiden joukkoon rikkipitoisuuden vähentämiseksi.

Merenkulun haaste

0,50 prosentin aikakaudelle ei voi siirtyä vähitellen. Kuten edellä todettiin, tiukkaa vaatimustenmukaisuutta edellytetään heti ensimmäisestä päivästä alkaen. Siksi suurimmat hankaluudet eivät aiheudu laivoissa vaan toimitusketjussa. Polttoainetta kuljettavien alusten säiliöt on puhdistettava ja täytettävä vaatimustenmukaisella polttoaineella.

Vähärikkisten polttoaineiden saatavuuden ei kuitenkaan odoteta aiheuttavan merkittäviä ongelmia alusten omistajille. Niille on vaikeinta ennakoida, millaisia polttoaineita on saatavilla. On ymmärrettävä, miten niitä käytetään erikseen ja yhdessä muiden polttoaineiden kanssa. Lloyd's Registerin polttoaineasiantuntija Tim Wilson kertoo:

Varustamojen on ymmärrettävä, millainen riski aiheutuu, jos valmistauduttaessa ei oteta huomioon polttoaineiden hallintaa. Polttoainevaihtoehtoja on lukemattomia, ja ne vaihtelevat bunkrauspaikasta toiseen. Siksi laivoissa voi aiheuta valtavia operatiivisia riskejä.

Epävakaus

Polttoainetta pidetään vakaana, jos sen ominaisuudet säilyvät pitkään. Epävakaissa polttoaineissa tapahtuu kemiallisia muutoksia lyhyen ajan kuluessa, jolloin voi aiheutua vakavia toimintaongelmia.

Epävakaissa tisleissä tyydyttymättömät hiilivedyt hapettuvat, jolloin muodostuu hartseja, kumeja ja lakkoja.

Epävakaissa jäännöspolttoaineissa, asfalteeneissa ja muissa aromaattisissa polaarisissa hiilivedyissä molekyylit pyrkivät kiinnittymään toisiinsa, jolloin varastosäiliöihin muodostuu paksuja lietteitä. Nämä lietteet ovat tahmeita, ja niiden viskoosi on erittäin suuri.

Epävakaita polttoaineita käyttävässä aluksessa suodattimet, erottimet ja putket voivat tukkeutua. Jos sen polttoainepumput ylikuormittuvat, voi aiheutua sytytys- ja palamisongelmia sekä mäntien, männänrenkaiden ja sylinteriputkien pysyvien vaurioiden vaara. Ääritapauksissa pää- ja apumoottorit voivat pysähtyä, jolloin aiheutuu vakava vaara alukselle ja sen miehistölle.

Yhteensopimattomuus

Vaikka kaksi tai useammat polttoaineet voivat olla sellaisenaan olla vakaita, niiden keskenään sekoittamisen tulos voi olla epävakaa. Tätä kutsutaan yhteensopimattomuudeksi.

Jos esimerkiksi HFO- ja VLSFO-polttoaineita sekoitetaan keskenään, lopputulos on todennäköisesti epävakaa. Samoin ULSFO:t voivat olla yhteensopimattomia HFO-, VLSFO- ja jopa muiden ULSFO-polttoaineiden kanssa. Vuonna 2020 markkinoille tuodaan yhä enemmän erilaisia polttoaineita, joten yhteensopimattomuuden ennakoidaan nousevan yleisemmäksi ja monimutkaisemmaksi ongelmaksi.

Polttoaineiden testaamisen ja säiliöiden puhdistamisen merkitys

ECA-vyöhykkeiden perustamisen jälkeen havaittujen vakaus- ja yhteensopivuusongelmien voidaan odottaa yleistyvän vuodesta 2020 lähtien, kun toimittajat luovat sekoituksia käyttämällä jäljelle jääneitä varastoja ja kun alukset ottavat uusia polttoaineita säiliöihin, joissa on aiemmin käytettyjä polttoaineita.

Uusien polttoaineiden vakaus on ehdottomasti testattava. Siksi ISO WG6 (ISO 8217)- ja CIMAC WG7 -kehitystyössä keskitytään menetelmiin, joiden avulla vakaus- ja yhteensopimattomuusongelmia ymmärretään paremmin. Jalostamojen ja testauslaboratorioiden välinen yhteistyö voi myös auttaa varmistamaan, että uusien tuotteiden ominaisuudet ymmärretään hyvin.

Lisäksi operaattorien on varmistettava, että eri polttoaineet pidetään laivassa erossa toisistaan ja että niiden säiliöt ja polttoaineen käsittelylinjat on suunniteltu toimimaan itsenäisesti, jotta tukkeutumisriskit vähenevät. Jos polttoaineita on pakko sekoittaa keskenään, yhteensopivuus on testattava ensin. Laivoilla voidaan tehdä yksinkertaisia kokeita, mutta parempi varmuus saadaan perusteellisten laboratoriokokeiden avulla.

Parhaiden käytäntöjen mukaan säiliöt on puhdistettava säännöllisesti, jotta merellä muodostuu vähemmän lietettä. Lisäksi miehistöjen on oltava erityisen tarkkaavaisia yhteensopimattomuuden merkkien varalta, kun siirrytään yhdestä polttoaineesta toiseen.

Muut näkökohdat

Laivoissa käytettävien polttoaineiden uusi valikoima tekee polttoaineiden käsittelemisestä ja kunnostamisesta monimutkaisempaa. Odotettavissa on esimerkiksi seuraavia haasteita:

• Lämpötila – Erilaisilla polttoaineilla on erilaiset viskositeetit ja leimahduspisteet. Siksi käyttölämpötiloja on hallittava huolellisesti, jotta varmistetaan vakaa polttoaineen virtaus aiheuttamatta lämpöiskua pumpuissa ja muissa laitteissa sekä vältetään tulipalon vaara.
• Voitelu - Miehistöjen on tunnettava kunkin polttoaineen voitelukyky ja tehtävä tarvittavat muutokset moottorien suojaamiseksi.
• Katalyyttihiukkaset – Rikin poistaminen polttoaineesta edellyttää katalyyttejä. Niiden muodostamat pienet kovat hiukkaset voivat vaurioittaa moottoreita ja muita laitteita, jos niitä ei erotella polttoaineesta tehokkaasti. Vähärikkisten polttoaineiden katalyyttihiukkaspitoisuus voi olla korkeampi.
• Veden saastuminen – Tietyt polttoainetyypit imevät itseensä vettä enemmän kuin toiset. Tämä voi vähentää polttoainetaloutta ja syövyttää moottoreita sekä muita komponentteja, jos vettä ei poisteta tehokkaasti.
• Mikrobisaastuminen – Erityisesti biopolttoaineet voivat olla alttiita mikrobeille, joten voi aiheutua tukoksia ja korroosiota.

Osaamisen pitäminen ajan tasalla

Meriteollisuus muuttuu paljon ja nopeasti, ja vuoden 2020 jälkeinen polttoainetilanne on monessa suhteessa hämärän peitossa. Siksi on tärkeää pysyä mukana muutoksessa, kun edessä on uusi aikakausi.

Tässä onnistuminen edellyttää tietoa ja tiedostamista. Siksi kaikkien vastuunsa kantavien sidosryhmien on jaettava tietoa, pyydettävä asiantuntijoilta lausuntoja ja osallistuttava keskusteluun. Alfa Laval Fuel Line -sivustossa ja muissakin perustettavissa sivustoissa pyritään tiedottamaan ja käymään vuoropuhelua. Kun varustamot, operaattorit, telakat, vakuutusyhtiöt, öljynjalostamot, laite- ja moottorivalmistajat sekä tavarantoimittajat tekevät yhteistyötä, saadaan parhaat mahdollisuudet navigoida kartoittamattomilla vesillä turvallisesti.