Combustíveis para navios futuros: cortar a fumaça

Por Georgios Plevrakis, ABS11 fevereiro 2020
© JEGAS RA / AdobeStock
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Os armadores enfrentam cada vez mais decisões de investimento complexas, à medida que tentam percorrer o caminho mais eficiente para o futuro de baixo carbono. Desde que a IMO estabeleceu as ambiciosas metas de redução de emissões do setor para 2030 e 2050, os proprietários foram inundados com informações sobre futuros combustíveis e tecnologias que podem ou não reduzir as pegadas de carbono de sua frota.

Algumas das novas tecnologias são promissoras, mas a viabilidade diária de muitas delas permanece não comprovada; o mesmo pode ser dito para muitos dos combustíveis em potencial. Para ambos, os prazos de vencimento variam tanto quanto as soluções em potencial. No entanto, é nesses tempos de incerteza que alguns proprietários agora se vêem enfrentando decisões de investimento de longo prazo para novos navios.

No entanto, as decisões podem ser menos complexas do que parecem. O espectro de soluções de combustível disponíveis é amplo, mas ao examinar cada tecnologia a bordo - motores, sistemas de suprimento de combustível, armazenamento, contenção etc. - surgem taxonomias que podem ser usadas para simplificar a tomada de decisão.
Uma vez categorizadas, todas as tecnologias facilitadoras (incluindo combustíveis) precisam ser avaliadas quanto à maturidade (prontidão para o mercado) e ao potencial de redução de carbono no curto, médio e longo prazos.

Efetivamente, existem três vias de combustível para 2030 e além: a via de GNL, ou 'gás leve'; o percurso dos gases pesados de GPL / metanol (ou álcool); ou a via 'combustível bio / sintético'. Nada disso é mutuamente exclusivo.

As duas primeiras famílias de tecnologia já têm soluções de redução de emissões disponíveis, mas, em termos mais práticos, as soluções de carbono 'neutro' e 'zero' de carbono permanecem em desenvolvimento.

Talvez o mais importante seja que a escolha da tecnologia certa deve ser predominantemente influenciada por dois critérios principais: (i) o tipo de embarcação e (ii) seu perfil operacional, ou seja, onde e o que será comercializado.

O caminho do gás leve

Geralmente, esses combustíveis são caracterizados por um teor de energia relativamente alto e pequenas moléculas; eles exigem sistemas mais exigentes, principalmente criogênicos, de suprimento e armazenamento de combustível.

A família 'gás leve' inclui GNL (metano líquido) e bio-metano (nas formas de bio-GNL e gás bio-natural [BNG]); a produção desta última família precisa ser ampliada e as tecnologias desenvolvidas antes de se tornar um combustível comercial viável.

O GNL é um combustível de baixo carbono relativamente maduro, reduzindo a pegada de carbono em cerca de 20% se o impacto do escorregamento de metano não for considerado. Da mesma forma, o bio-metano, derivado de fontes orgânicas, pode ser considerado carbono 'neutro', se o deslizamento de metano não for considerado.

Para o GNL e o GNL, a redução do escorregamento de metano é fundamental para o seu potencial comercial como combustíveis futuros, razão pela qual a indústria está tentando ativamente desenvolver uma variedade de tecnologias relacionadas ao controle de emissões. Sem eles, o uso de GNL como combustível poderia, em alguns casos, realmente aumentar a produção de CO2 do transporte marítimo, em relação ao óleo combustível pesado ou ao gasóleo marinho (HFO, MGO).

Do ponto de vista do tanque para a vigília - o consumo de GNL na embarcação - os motores de ciclo diesel de alta pressão já operam com escorregão desprezível ou inexistente de metano. E existem tecnologias em desenvolvimento e nos estágios iniciais dos testes - filtros antiderrapantes de metano, conversores catalíticos etc. - que finalmente poderiam minimizar a produção de carbono em toda a cadeia de produção de GNL.

Dado o seu potencial de redução de CO2 relativamente limitado em seu estado atual, seria fácil - e incorreto - ver o GNL apenas como um colaborador no caminho para alcançar as metas de redução de emissões para 2030. Seu potencial pode ser maior que isso, dado tempo.

Se os combustíveis de bio-metano ou eletro-metano (consulte a seção eletro / sintética abaixo) forem viáveis em escala comercial a médio prazo, a produção atual de carbono do GNL poderá ser ainda mais reduzida proporcionalmente à mistura de combustível. Os combustíveis BNG ou eletro-metano são potencialmente neutros em carbono e atualmente há um investimento significativo da indústria dedicado à exploração dessas soluções.

Do ponto de vista da escala de tempo, no final do caminho do Light Gas está o hidrogênio, que precisa de pelo menos uma década para ser viável como combustível marítimo comercial; e isso é provavelmente ambicioso. Existem muitos obstáculos técnicos no caminho, sendo o maior o armazenamento. Também são necessárias pesquisas adicionais para confirmar a maneira mais eficaz de utilizar o hidrogênio para propulsão marítima: células de combustível e turbinas a gás são possíveis soluções, mas estão muito longe da viabilidade operacional ou da relação custo-benefício.

Embora o hidrogênio seja o mais distante da família dos gases leves em relação à viabilidade, ele possui uma promessa significativa. Pode ter a menor densidade de energia (energia por volume), mas de longe o maior conteúdo de energia (energia por peso); uma unidade forneceria três vezes a energia de um volume igual de GNL ou HFO. Pode ser um combustível marítimo de carbono zero, mas é necessário um número significativo de avanços tecnológicos para torná-lo uma solução prática.

O caminho dos gases pesados
Geralmente, esses combustíveis consistem em moléculas pesadas, mais complexas e com menor teor de energia comparativo do que a família de gases leves, e suas condições de fornecimento e armazenamento de combustível são menos exigentes.

Os combustíveis pesados incluem gás líquido de petróleo (GLP), metanol (e etanol, como parte da família do álcool), biometanol e, finalmente, amônia. Utilizado como combustível, o metanol na sua forma atual reduz a produção de CO2 em cerca de 10%; se eles se tornarem disponíveis em escala comercial, o bio-metanol e o eletro-metanol podem ser neutros em carbono.

Como alguns desses combustíveis têm um conteúdo energético muito baixo, eles podem ser adequados apenas para tipos limitados de embarcações, operações e rotas; a capacidade de fazer várias paradas de combustível no ciclo de negociação típico de um navio pode ser necessária. A exceção é o GLP, cujo uso não amadureceu tão rapidamente quanto o GNL, em parte porque tem menos potencial para reduzir as emissões e enfrenta diferentes desafios de segurança.

Em termos de maturidade, como GNL, GLP e metanol já fazem parte do mix tecnológico atual; seus derivados biológicos são considerações de médio prazo, já que o transporte aguarda o amadurecimento das tecnologias e os combustíveis a serem produzidos em escala.

No momento, os motores movidos a amônia não estão disponíveis e exigiriam outros 3 a 4 anos para que o primeiro fosse entregue. Os primeiros motores podem vir da comunidade de transportadores de amônia. A amônia é potencialmente um combustível sem carbono, se for usada energia renovável durante a produção, o que aumenta o custo. Seu potencial viu projetos recentes revelados para navios alimentadores de amônia.

No entanto, é necessária a construção de uma infraestrutura abrangente do lado da oferta para que o combustível seja comercialmente viável - e novas e rigorosas normas de segurança sejam implementadas - para que o uso prático seja melhor apenas ser considerado a longo prazo.

O caminho Bio / Sintético:
São combustíveis produzidos através de matérias-primas e fontes de origem biológica. Em princípio, na forma líquida, sua consistência é muito próxima ao óleo diesel, o que poderia minimizar o número de novas tecnologias a bordo que precisariam ser desenvolvidas para seu uso, bem como quaisquer alterações nos projetos de navios atuais.

Atualmente, o mais amplamente utilizado é o biodiesel, ou FAME (ácidos graxos metílicos), que faz parte da mais recente especificação ISO (8217/2017) para misturas de combustíveis navais e está sendo oferecido por todos os principais fabricantes de petróleo. O padrão permite 7% de biodiesel na mistura de combustível, mas alguns armadores estão testando misturas mais ricas, de 20 a 100%.

Como sua produção tem um impacto no meio ambiente (limitando seu potencial de reduzir as emissões do ciclo de vida) e eles competem por culturas alimentares, essa primeira geração de biocombustíveis é controversa

Outro biocombustível proposto é o HVO (óleo vegetal hidro-tratado), que possui um alto teor de energia, semelhante ao MGO. O HVO pode ser produzido em refinarias existentes onde o hidrotratamento ocorre. O produto final é um combustível significativamente estável, com propriedades muito boas e baixo risco de oxidação.
A família bio / sintética de combustíveis inclui variedades gás-líquido, ou GTL, produzidas por captura e eletrólise de carbono ou conversão dos syngas produzidos a partir de biomas em combustíveis líquidos, como metanol ou diesel.

Esses combustíveis são opções de médio a longo prazo para os armadores. No entanto, como poderiam ser soluções "plug-and-play" (biocombustíveis drop-in) que minimizariam as despesas de capital, os combustíveis eletro-sintéticos estão sendo explorados ativamente pelas principais organizações de navegação nacionais e do setor.
A longo prazo, os biocombustíveis de segunda e terceira geração (por exemplo, a partir de biomassa residual, lingocelulose [fibras lenhosas] ou algas) também têm o potencial de fornecer remessas internacionais com volumes de combustível que excedam seus atuais requisitos anuais.

Projetos de navios à prova de futuro:

Com os prazos de vencimento de muitas soluções de médio e longo prazo atualmente muito fluidos, uma maneira de tornar o design de novos navios à prova de futuro é introduzir mais componentes elétricos, como acionamentos elétricos e / ou propulsão. Se um proprietário optar por um acionamento elétrico, a geração de eletricidade a bordo se tornará independente de combustível; pode ser de células de combustível, baterias - ou qualquer combinação - ou um motor funcionando com GNL ou metanol, por exemplo.

Quando / se um componente precisar ser atualizado posteriormente, ele já possui uma unidade elétrica instalada. É assim que os armadores e fretadores mais avançados estão olhando para o futuro.

Dessa forma, quando / se o sistema de propulsão ficar desatualizado, ele não precisará ser totalmente substituído; o motor pode ser atualizado para queimar outro combustível. Ou, se as tecnologias de células de combustível avançarem bastante nos próximos 20 anos, elas poderão substituir os motores, se isso fizer sentido economicamente.

É verdade que os atuais sistemas de propulsão elétrica têm alguns desafios a serem superados, mas os proprietários ainda seriam bem aconselhados a começar a introduzir instalações elétricas em seus projetos: saída ou entrada de energia; minimizar os geradores a diesel; otimizar as cargas dos geradores e dos motores principais; e torne todo o design mais eficiente. Ao fazer isso, os proprietários dariam outro pequeno passo para minimizar a pegada de carbono de sua frota.

Sobre o autor

Georgios Plevrakis é o Diretor Global de Sustentabilidade do American Bureau of Shipping.

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