EPA Tier 4: 困難で論争が多い、12 年以上継続中

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EPA の Tier 4 排出規制への準拠に関しては、アメリカの海事エンジニアリング会社から生み出される創造性が不足することはありません。 Hug Engineering などの企業は、ほぼモジュール式に組み立てることができる、柔軟でカスタマイズされた後処理ベースの制御システムを提供しています。 ABB グループなどの他の企業は、燃焼出力を補完し、ディーゼルの閾値排出を回避するバッテリー ハイブリッド電源を提供しています。カミンズなどのエンジンメーカーは、後処理サプライヤーと協力して、発電所と汚染管理の間の運用の調和を確保しています。 Scania AB は、システムの観点から電力にアプローチし、船舶の実際の電力需要と、その電力をいつどのように供給する必要があるかを詳しく調べることで、新たな成功を実証しています。

船舶所有者はご存知のとおり、これはいかなる意味でも簡単なことではありません。 Tier 4 システムは複雑で、購入と運用に費用がかかります。それらは大きく、容器内に配置するためにカスタマイズされた特定の分析が必要になることがよくあります。 EPA はこの課題と困難を「パッケージング」と呼んでいます。文字通り、船体の内部にハードウェアと関連コンポーネントを取り付ける作業です。 Tier 4 の要求は厳しく、25 基の Tier 4 エンジンからの排出量は、わずか 1 台の Tier 1 エンジンと同等であるとされています。船舶、そのエンジン、後処理は、最適な性能、信頼性、コスト、排出量削減を実現する単一システムとして機能する必要があります。

Tier 4 分野の専門家との議論により、Tier 4 設置の技術的課題の一部は解決されつつあります。進歩は遅いですが、少なくとも新しい船舶は、Tier 4 エンジンと後処理システムを組み込むように設計されており、当然のことながら、各ユニットを接続する必要があるエンジンと同じくらいのスペースが必要です。

（画像：ハグエンジニアリング）

しかし重要なのは、これらの進歩は非常に分断された状況全体に広がる必要があるということです。 1 つの容器やアプリケーションで進歩しても、他の場所での成功が保証されるわけではありません。異なるクラスの船舶には、Tier 4 の実装に対して異なるアプローチと分析が必要です。ロブスターボートはフェリーと同じではなく、パイロットボートと同じではありません。すべての船舶クラスだけでなく、すべての船舶には独自の分析が必要であると言っても過言ではありません。

もちろん、Tier 4 は新しい船舶だけに適用されるわけではありません。古い船舶の動力を再供給しようとしている船舶所有者は、同様の長い質問とトレードオフのリストに直面しています。ユーザーは、一連の問題をすべて回避する方が簡単だと判断し、800 HP (800 HP Tier 4 のしきい値、600 kW) の Tier 4 エンジンを 1 つ購入する代わりに、より小型のエンジンを 2 つ購入するかもしれません。そして、電気とディーゼル発電を使用するハイブリッド用途が事業者の注目を集めています。ハイブリッド システムは必要に応じて倍増して負荷時に最大出力を供給します。通常、最大負荷は船舶の運航時間のほんの一部です。

問題をさらに複雑にしているのは、ティア 4 の市場とビジネス環境が依然として不安定であることです。 EPA の規制は 2008 年に最終決定され、Tier 4 の段階的導入は 2017 年までに完了するはずであったにもかかわらず、Tier 4 の決定は不安定な規制環境の中で行われています。この不確実性は、造船所、エンジン製造業者、船舶所有者の全体的な決定に影響を与えます。

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昨年9月、EPAは特定の種類の船舶（ロブスターボートなどの高性能船舶）に対するTier 4の導入を遅らせることを提案しました。これに対し、業界全体からEPAに対し、作業船から観光船まで、より幅広い船舶を対象に遅延の範囲を拡大するよう求めるコメントが寄せられた。 EPAのパブリックコメント期間は10月に終了した。しかし、舞台裏では EPA は業界代表者との活発で鋭い議論を継続し、Tier 4 の議論における料金と対抗料金についての見解を求めてきました。 Tier 4 コンプライアンスに関する多くの問題は依然として激しい議論を呼んでいます。

EPA は、船舶の設計変更と技術の進歩が 2017 年までに市場に投入されることを期待していました。EPA は、2008 年のより迅速な段階的導入の妨げとなった「パッケージング」問題 (EPA の用語) を解決するためにその開発時間を与えました。 EPA は、Tier 4 後処理の適用と設置がまだ数年かかることを認識していました。しかし 10 年後、「パッケージング」の問題は残りました。 「市場がどのように反応するかについての（EPAの）10年来の想定は誤りであることが証明された」と、旅客船協会会長のロバート・J・ローラー・ジュニアはEPAへのコメントでティア4の現状をこう要約した。 。

EPAは2020年夏を目標に、延期提案に対する最終措置を出す予定だ。

デイナ・ブリュースター (写真: Hug Engineering)

Tier 4 コンプライアンスに対する Hug Engineering のアプローチは、エンジニアが材料とスペースに関して最大限の柔軟性をどのように追求しているかを示しています。この種の進歩は、電力の再供給を求める船舶所有者にとって重要です。 5 年前には、船舶に Tier 4 システムを搭載できなかったかもしれません。現在、その同じスペースが、既存のエンジンに後処理システムを取り付けるのに役立つ可能性があります。

HUG Engineering は、NOx 排出量を Tier 4 基準まで削減するための後処理選択触媒還元 (SCR) を後付けで提供しています。ディーゼル微粒子フィルター (DPF) を SCR システムに追加して、粒子状物質 (PM) も削減できます。 HUG の Nauticlean および Clean4Marine システムは、さまざまなエンジンに適合します。実際、HUG は現在 IMO III の認証を取得しており、追加のエンジンも現在認証プロセス中です。 HUG は、世界規模で船舶用ディーゼル エンジン OEM の一部と提携しています。検討すべきもう 1 つの Tier 4 パスは、「利用可能な最良のテクノロジー」 (BAT) オプションです。 Tier 4 エンジンが再出力アプリケーションに利用できない場合、大気品質管理機関は場合によっては BAT を検討することがあります。

Dana Brewster は、Hug のモバイル アプリケーション (船舶/鉄道) 担当地域セールス マネージャーです。同氏によると、HUG のエンジニアは、後処理装置の設置に対して、同氏が「レゴ アプローチ」と呼ぶものを採用しており、利用可能なほぼすべてのスペースにそれを適合させています。ブリュースター氏は、Tier 4 制御スキームはさまざまな構成でインストールできるようになっていると述べました。利用可能な垂直方向のスペースがさらにある場合、ハードウェアは積み重ねられます。狭くて長いスペースでは、システムは伸びます。ただし、800 HP を超えるエンジンが必要な場合は、Tier 4 が機能する可能性が高くなります。ただし、繰り返しになりますが、Tier 4 には一律の答えはありません。

Boyer Towing は最近、1997 年に建造されたタグボート Gretchen H に、それぞれ 1,800 RPM で 750 馬力の定格を持つ 3 つの新しいカミンズ QSK19 Tier 3 準拠エンジンを再搭載しました。 （写真：カミンズ）

カミンズ・エンジンズの商用船舶部門リーダー、エディ・ブラウン氏は、彼のチームが「Tier 4排出レベルを満たし、船舶が任務を遂行できるようにする電源ソリューションに関して造船設計者や顧客と緊密に連携している」と述べた。ブラウン氏は、「全体として、よりクリーンな排出システムが船舶に及ぼす影響にはばらつきがある」と述べた。一部の容器は、容器を大幅に再設計することなく、新しい後処理システムに対応できます。しかし、より高速な用途や重量に敏感な用途では、「ボートとそのエンジンルームを再設計または再構成する必要があるかもしれない」とブラウン氏は述べた。カミンズは、この種のプロジェクトで顧客と緊密に連携しています。

ブラウン氏は、ディーゼル電気ハイブリッドから水素燃料電池まで、代替電源ソリューションが目前に迫っていると述べた。 「顧客は、規制規則を満たしつつ、最も効率的なエンジン性能を提供するために、最適なパワーパッケージで船舶を最適化したいと考えています。」

ハイブリッド化は、ABB とその船舶用発電機製品にとって大きな焦点です。 ABB の低電圧 (LV) 標準船舶用発電機は、完全電気船舶および主発電、補助発電、または非常用発電における船舶用ディーゼル発電機セット用に設計されています。これらは、フレーム サイズ 180 ～ 450、代表電圧 380 ～ 480 V で電力範囲 14 ～ 2,600 kVA をカバーします。この機器は海洋用途で十分にテストされており、現在 1,300 隻以上の船舶で動作しています。

ABB の New Build 担当シニア アカウント マネージャーである Dave Lee 氏は、船舶の出力に関する「異なる思考パターン」の一部としてハイブリッド評価について説明しています。たとえば、作業船ではエンジンの全出力がほとんど使われないと彼は指摘します。 ABB は、ディーゼル エンジンを補完するために小型の発電機を設置しています。 「当社は最適な出力範囲とバッテリーおよび燃料電池テクノロジーを提供します」とリー氏は述べています。このアプローチにより、2 台目のディーゼル エンジンの必要性を回避できます。当面のタスクに応じて、馬力を最も効率的に利用します。

デビッド・リー（写真：ABB）

戦略的パワーの概念はスカニアにとって重要なものであり、米国では 800 馬力を超えるエンジンを提供していません。そのハイパワー市場は非常に限られています。設計者が将来の電力需要を評価する中で、Scania の米国船舶営業マネージャーである Alberto Alcalá 氏は、スピードとエネルギー効率を追求した船舶自体のさらなる進歩を予測しています。

彼もハイブリッド化が進むことを期待しており、「ハイブリッド化は、ティア 3 と、ティア 4 の複雑さを持つ大型エンジンの必要性との間のギャップを埋めることができる」と書いています。 2012 年、Scania はサンフランシスコのホーンブロワー ハイブリッドに Tier 2 と電動の組み合わせを装備しました。この船は、カリフォルニア州のより厳しい大気質目標を達成するために、最近 Tier 3 / 電気混合にアップグレードされました。

アルベルト・アルカラ (写真: Scania)

アルカラは、将来の破壊的テクノロジーに関して、ハイブリッド化をリストの最上位に置きました。 Scania は、ABB (およびその他) と協力して、電動ディーゼル発電を組み合わせて大型エンジン セットをどのように置き換えることができるかを実証するプロジェクトに取り組んでいます。

Scania のエンジニアは、Tier 3 レベルで、従来の 2,000 馬力タグボートの 3 ～ 4 基のエンジンを 3 基の小型エンジンで置き換えることができることを実証しました。新しい発電機は、かつては 2,000 馬力だった船で最大 2,400 馬力を提供できます。船舶は必要に応じて電力を使用します。低負荷状況ではアイドリングまたは停止し、燃料の使用量を大幅に減らし、必要な場合にのみ最大電力を消費します。これも通常は船舶の運航時間の比較的小さな部分です。

この夏のEPAの決定に注目してください。