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Examen du GNL comme carburant

Un sondage instantané récemment mené par ABS a révélé que près des deux tiers des armateurs mondiaux n'avaient pas encore choisi de voie technique pour atteindre les objectifs de décarbonation obligatoires de l'Organisation maritime internationale (OMI) pour 2030 et 2050.

Avec les technologies soutenant une myriade de nouveaux carburants à faible émission de carbone évoluant à des vitesses très différentes, toute tendance à attendre que les informations arrivent à maturité avant de prendre d'importants engagements en capital à long terme est compréhensible et pragmatique.

Dans cet esprit – et avec la date limite initiale pour les objectifs mondiaux de réduction des émissions dans moins d'une décennie – ABS vient de publier le premier d'une série de livres blancs sur la durabilité offrant des «considérations pratiques» pour aider les propriétaires à prendre leurs décisions. Il fait suite à l’introduction de l’approche «Three Fuel Pathways» de l’ABS, décomposant la voie à suivre en trois voies: gaz léger, gaz et alcool lourds et bio / synthétique.

Il n'est pas possible de condenser toutes les informations techniques proposées dans l'article de 24 pages dans les contraintes de cet article, mais voici quelques aperçus.

Le livre blanc sur la durabilité: le GNL en tant que carburant décrit le GNL, qui est le premier de la voie du gaz léger, comme une option – lorsqu'il est combiné avec des améliorations technologiques et opérationnelles – qui aidera les propriétaires à atteindre les objectifs de réduction de CO2 de l'OMI pour 2030 (abaissement «intensité carbone» (émissions de CO2 par travail de transport) d'au moins 40% par rapport à la production de 2008); dans certains cas, le passage du fioul lourd au GNL peut réduire l’empreinte carbone d’un navire de 20%.

C'est certainement le plus mature du marché des nouveaux carburants. Mais il y a de nombreux éléments à étudier lorsque l'on envisage d'utiliser le GNL dans un environnement à faible tirant d'eau ou en eau bleue, y compris la conception des navires, les profils d'exploitation et les progrès technologiques.

Le GNL est principalement composé de méthane. Son rapport carbone-hydrogène peut réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2), mais la valeur de réduction potentielle de 20% n'inclut pas l'impact sur les gaz à effet de serre du glissement de méthane, un problème potentiel pour les moteurs à deux et quatre temps qui utilisent du GNL dans le Cycle d'Otto.

La minimisation du glissement de méthane est essentielle à une adoption commerciale plus large du GNL et de ses dérivés bio, renouvelables (RNG) et synthétiques (SNG), c'est pourquoi l'industrie développe actuellement des stratégies de contrôle des émissions dans les cylindres qui peuvent être combinées avec des systèmes de traitement.

En minimisant le glissement de méthane, les futurs carburants tels que le bio-GNL et le SNG / RNG pourraient offrir une propulsion neutre en carbone.

En tant que carburant à faible émission de carbone, le GNL peut être combiné avec de nouvelles technologies et / ou des mesures opérationnelles pour atteindre les objectifs de réduction des émissions à l'horizon 2030; et s'il est mélangé à l'avenir avec des carburants bio-GNL ou SNG / RNG, il pourrait également contribuer à d'autres réductions, par rapport à la quantité de carburant renouvelable utilisée dans le mélange

Compte tenu de la promesse de neutralité carbone du bio-GNL et du SNG / RNG, l'application commerciale de ces solutions est explorée à un rythme soutenu.

Le navire combiné conteneur / roll on roll off (ConRo) de Crowley, El Coquí, est l’un des deux navires de classe Commitment alimentés au GNL fournissant des services de transport et de logistique entre le continent américain et Porto Rico. (Photo: Crowley)

Combustion de GNL
Les zones de contrôle environnemental et les voies navigables transurbaines se sont avérées des terrains d'essai attrayants pour la technologie de propulsion alimentée au GNL et hybride au GNL. Les ferries, les remorqueurs et les navires de soutien offshore ont été les premiers à adopter ces technologies.

Les deux fabricants de moteurs marins à deux temps à vitesse lente – MAN Energy Solutions et Winterthur Gas & Diesel – proposent des options bicarburant. Cependant, chacun propose un processus de combustion différent pour fonctionner en mode gaz: un moteur basse pression utilisant le cycle Otto; et un moteur haute pression utilisant le cycle Diesel.

Les moteurs bicarburant Winterthur (X-DF) utilisent le procédé Otto en mode gaz et le procédé Diesel lorsqu'il est en mode huile. Alors que les moteurs MAN (ME-GI) utilisent le procédé Diesel à la fois dans les modes huile et gaz.

Pour les deux concepts, le gaz est enflammé par une injection pilote de carburant liquide à partir du système d'injection de carburant, ou à partir d'un système pilote-carburant dédié.

MAN a également annoncé le développement d'un moteur bicarburant basse pression (ME-GA), qu'il entend mettre à disposition en 2021.

Les différentes conceptions conduisent à des performances et des caractéristiques d'émission différentes. Mais, dans l’ensemble, l’adéquation d’un concept, ou d’un type de moteur, pour un navire est essentiellement une décision spécifique au cas, le profil opérationnel du navire étant l’une des principales influences.

Par ailleurs, certains propriétaires peuvent être mal à l'aise avec le gaz à haute pression et la complexité et le coût accrus associés à ces systèmes d'alimentation. D'autres peuvent s'inquiéter de la sensibilité du cycle d'Otto à un certain nombre de paramètres d'exploitation (indice de méthane, conditions ambiantes, etc.) ou de la contribution du glissement de méthane à la stratégie de décarbonation de leur flotte.

Conversion de moteur bicarburant
Des systèmes d'alimentation en carburant spécifiques sont nécessaires pour alimenter en gaz les moteurs bicarburant aux bonnes pressions et températures. Le moteur bicarburant principal, dont les composants sont globalement similaires aux conceptions de moteurs diesel conventionnels, nécessite également des composants de moteur de base clés pour fonctionner en mode gaz.

En outre, le potentiel d’un moteur diesel à être facilement converti en bicarburant est une considération importante; par exemple, si un propriétaire sélectionne une notation «Prêt» en vue de convertir le navire pour brûler du gaz naturel à un moment donné après la livraison du navire.

La conception fondamentale du moteur du MAN ME-GI est la même que celle de ses moteurs ME standard; «GI» (injection de gaz) fait référence à tous les composants liés au gaz qui sont nécessaires pour permettre à un moteur ME de fonctionner au gaz. Le concept «GI» étant un complément au moteur ME, ce dernier peut être considéré comme «prêt pour l’essence».

Alors que le moteur X-DF de Winterthur offre la même conception générale que son moteur X standard (diesel), plusieurs autres composants de base du moteur sont différents, en plus des composants supplémentaires liés au gaz.

Profils d'émissions des moteurs bicarburant
Le gaz naturel et d'autres combustibles à faible point d'éclair, qui sont intrinsèquement faibles en soufre, peuvent également aider les propriétaires à se conformer aux limites d'émissions de SOx de l'Annexe VI de MARPOL. Ils offrent également d'autres réductions de SOx et la partie sulfate des particules, car leur teneur en soufre est généralement inférieure à 30 parties par million.

Leur formation de NOx est liée à des températures de pointe de combustion, qui sont nettement plus élevées pour le diesel que pour les moteurs à gaz. De même, les moteurs bicarburant utilisant le procédé Otto pour brûler du gaz naturel ont des émissions de NOx beaucoup plus faibles que ceux utilisant le procédé de combustion diesel.

L’ABS continue de développer une gamme d’informations et d’initiatives pour soutenir la transition de l’industrie vers des opérations sobres en carbone.

Pour aider à promouvoir les stratégies de décarbonisation, ABS a publié la voie à suivre pour un transport à faible émission de carbone: les voies du transport durable, le deuxième d'une série de documents sur les perspectives de l'industrie – le premier a été publié en juin 2019 – pour faire référence aux stratégies de réduction de carbone disponibles et informer le l'industrie du transport maritime alors qu'elle entre dans les eaux inexplorées du défi des émissions 2030/2050.

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