代替エネルギーの聖杯を求める海事業界
海運業界は1世紀以上にわたり単一の燃料源に依存してきましたが、国内外の市場における排出ガス規制への対応が急務となっているため、現在の代替燃料への適応は大きな課題となるでしょう。外洋、外洋、沿岸、海外、国内を問わず、それぞれの市場にはそれぞれ課題があります。
世界規模の大規模造船所のいずれかを選択すると、外洋船の基本的な設計に大型の 2 ストローク内燃エンジンが含まれることになります。
排出基準を満たすために現在の船舶建造からその単一の推進システムを削除すると、造船所の収益性に壊滅的な打撃を与えることになるでしょう。
まず、現在の排出期限は守られないだろうということ、そして近い将来まで2隻目の船舶の発注にこのタイプの推進力が組み込まれ続けるだろうということを認識する必要があります。
気候変動と船舶の排出ガスに関する議論は、2012年にアンモニアを軍用燃料として分析した際に遡ります。ウィリアム・アールグレン博士は、化石燃料からの移行を「デュアル燃料戦略」と定義しました。この分析では、化石燃料と電力を組み合わせ、代替エネルギーの未来に向けた3つの戦略を提示しました。
- 電力と水素燃料を組み合わせた水素経済、
- 完全な電気経済と
- 液体再生可能エネルギーの導入を可能にする二重燃料戦略。
「デュアルフューエル戦略」は、液体アンモニアまたはメタノールが既存のエネルギーインフラと互換性があることを前提としていました。造船業界はこのコンセプトを採用し、まずデュアルフューエルLNGを導入することで2ストローク燃焼の開発を継続しました。排出ガスに関する議論と規制目標がゼロ排出を示唆していた一方で、この戦略は段階的な「移行」という概念でした。ゼロ排出は「電気」コンポーネントなしでは達成できず、競争力を維持するために必要な電力レベルでバッテリーとエネルギー貯蔵を採用する準備ができている世界の造船会社はほとんどありませんでした。
これまでに「デュアル燃料」の納入に関する報告は文字通り数百件に上ります。しかし、移行期におけるこの「デュアル」とは、代替燃料と化石燃料の混合燃料を指しており、それには理由があります。
水素は、まさに「聖杯」の呪文と言えるでしょう。将来の代替エネルギーはすべて水素結合を持っているため、理解するのはそれほど難しくありません。まずは、BTUの新しい代替燃料が生産する実際の燃料密度と利用可能なエネルギー量を判断することから始めましょう。アンモニア、メタノール、LNG、バイオ、水素のいずれを選択しても、どれも単純な船舶用ディーゼル油の密度とエネルギー量には及びません。実際、ほとんどの燃料は50%以下しか供給できません。さらに、現状ではどれも「ゼロ」を達成しておらず、提案された「グリーン」な形で提供されるまでは達成できないでしょう。
密度の問題だけでも、船舶の建造において問題が生じます。エネルギーが少ないと、より大きな燃料タンクが必要になり、より多くの燃料を積載する必要が生じます。燃料が増えれば積載量が減り、積載量が減れば利益は減ります。そして、新しい燃料タンクの配置と、安定性、積載量、トリム、喫水への影響という問題が続きます。この問題は、現在の燃料在庫レベルを維持し、燃料補給作業の回数を増やすことで解決できる可能性があります。問題は、選択した代替燃料と、船舶の航行パターンが、燃料補給港で燃料が利用可能であることを確認できるインフラストラクチャを提供しているかどうかです。現在の港の大半は、メタノール、水素、アンモニア、または LNG についてそのように主張することはできないことがわかります。点火中のパイロット燃料の必要性と、実際の「デュアル」である船舶用ディーゼル油を加えると、2 種類の燃料タンクが必要になります。
多くの新規建設プロジェクトが排出ガス規制への適合を目指している中、単一の大型2ストローク内燃機関を継続使用しなければならないという事実が、最も困難なハードルとなっています。「デュアルフューエル」とは、長い移行期間を通じて代替燃料と化石燃料の両方を使用することを意味します。
韓国の造船所は、標準設計を維持するための次のステップは「二酸化炭素回収」だと考えているほど、この移行期間は長くなっています。内燃機関におけるLNGへの移行は20年以上を要し、その利用は拡大し続けています。しかし、最初の大型2ストロークアンモニア内燃機関が試験台で25%から100%の負荷運転に成功したのは2025年2月であり、トンネルの出口の「ゼロ」の光はますます暗くなっているという点を考慮すると、移行期間の終了はまだ先のことであり、今後数年間は依然として軽油を燃料として補給し続けることになるでしょう。
安全上の危険性も存在し、換気、人員保護、訓練の大幅な見直しが必要です。アンモニア蒸気は有毒であり、推進源への、あるいは推進源からの蒸気の拡散が大きな懸念事項です。アンモニアは引火点が高いものの、空気と混合した場合の爆発範囲は狭くなります。発火や爆発を回避するための大気計算は、標準的な船舶用ディーゼル燃料や黒油とは大きく異なります。
燃料としての水素に関しては、圧縮水素の密度が高いため、船舶への輸送と燃料補給時の貯蔵が困難になり、コストも増大します。水素を液化して極低温で利用する（アンモニアやLNGと同様に）には、液化と再ガス化の両方で多大なコストがかかります。これらの新たな決定を踏まえ、「Well to Wake」イニシアチブを支援する必要があります。「新たなエネルギー」を生み出すためのエネルギー利用は、船舶建造における大幅なコスト変動と同様に、最終的な排出量計算に含める必要があります。
小型作業船、タグボート、フェリー市場は、聖杯探求においてはるかに先を進んでおり、「賢明な選択でした」とほぼ言えるほどです。多くの4ストロークエンジンメーカーは、メタノール対応エンジンから完全に燃料に依存しないエンジンまで、幅広い新製品を生産しています。
カミンズは、出力範囲2000～2700馬力のメタノール対応QSK60 IMO II/IIIエンジンの基本承認を取得しました。他のプロジェクトでは、船上での水素製造、燃料電池、EVハイブリッド、バッテリーの導入により排出ガス規制の達成を目指しています。沿岸作業船およびフェリー市場は、2012年に予測された通り、従来の二元燃料から電気推進への見直しへと移行しています。
船舶の運航と推進の問題以外にも、実際の燃料供給業者とバンカリング会社の既存の船腹量にも注意深く目を向ける必要がある。クルーズ業界がデュアル燃料LNGを採用していることから、LNGの配送をサポートするLNGバンカリングバージと船舶の受注と供給が継続している。米国市場に欠けているのは、アンモニア、メタノール、またはバイオ燃料を配送するために必要な「バンカーバージ」の船腹量である。このインフラの開発は、バンカーポートの陸上貯蔵能力をはるかに超えている。特定のバイオ燃料やメタノール、およびバイオ成分を混合する必要がある化学ベース貨物には、バージに塗布される特定のタンクコーティングが必要である。アンモニアは、LNGに必要なのと同様の極低温液化を必要とする。メタノール、エタノール、脂肪酸メチルエステルには、「マリンライン」などの高度なポリマーコーティングが必要になる。外国の船団はこれらの混合物や化学物質を米国に輸送することができますが、国内の船団は配送需要を満たすために新しい貨物を建造し対応する必要があります。
運航者が既存船舶の「炭素強度指標（CO2排出原単位）」を維持するための最も迅速な方法は、バイオ燃料への移行です。この移行は、デュアル燃料戦略を再び支援し、船主または運航者が排出量削減を主張することを可能にします。一つ一つの小さな努力が、私たちの気候変動対策目標の達成に貢献します。2012年の分析結果を受けて「ゼロ」を達成するには、原子力発電のみが残されています。そして、この推進システムの変更が船舶建造にどのような影響を与えるかについては、既に議論が始まっています。
