viernes, 9 de enero de 2015

Óxidos de Azufre en Zonas de Control de Emisiones (Sulphur Emission Control Areas - SECAs)

Desde hace años, existe una comprensible preocupación por los efectos sobre el medio ambiente de las emisiones a la atmósfera de los gases de escape procedente de los motores de los buques, en particular, por las emisiones de óxidos de azufre (SOx).
Los SOx, se forman debido al contenido en azufre del combustible empleado. Cuando se produce la combustión, dentro del cilindro, el azufre reacciona con el oxígeno formando Óxido de Azufre, que se descargan a la atmósfera con los gases de escape. Cuando entra en contacto con el agua existente en la misma en forma de humedad o lluvia, forma acido sulfúrico.
La lluvia ácida es causa de deforestación, erosión de edificios construidos en piedra caliza y se cree que tiene también un efecto negativo sobre la salud humana.
Con el fin de reducir estas emisiones, la Organización Marítima Internacional y la Unión Europea han introducido nueva legislación para obligar a las navieras a reducir sus emisiones de SO2.
El desarrollo de la normativa sobre seguridad y medio ambiente en el ámbito internacional, se ha encomendado a una agencia dependiente de las Naciones Unidas, la Organización Marítima Internacional (OMI). Sus trabajos para regular las emisiones a la atmósfera procedentes de los buques arrancan en noviembre de 1991, con la adopción de la resolución de la Asamblea A.719(17), sobre Prevención de la contaminación del aire por los buques.
Mediante dicha resolución, se encargó al Comité de Protección del Medio Marino (Marine Environment Protection Committee - MEPC) preparar el proyecto de un nuevo Anexo al Convenio MARPOL 73/78 dirigido específicamente a la prevención de la contaminación atmosférica y que recogiese reglas para limitar y contener la emisión de substancias perjudiciales procedentes de los buques.

Este trabajo se desarrolló a lo largo de los años siguientes y finalmente, en una Conferencia celebrada en septiembre de 1997, se adoptó el Protocolo que incluye el Anexo VI del Convenio MARPOL (Reglas para prevenir la Contaminación Atmosférica ocasionada por los Buques).

Con respecto a los óxidos de azufre, el 1 de enero de 2015 entró en vigor el requisito del Anexo VI de MARPOL que limita al 0,1% el contenido máximo de azufre de los combustibles marinos en las zonas de control de emisiones de azufre (SECAs) (límite hasta fin 2014: 1.0%).

Límites del contenido en azufre de los combustibles por el ANEXO VI de MARPOL


En la figura podemos apreciar los límites de azufre dentro y fuera de las Áreas de Control de Emisiones (ECAs) y señalan la reducción progresiva del contenido máximo de azufre (SOx) del combustible, tal como lo indica la Organización Marítima Internacional (IMO) en MARPOL Anexo VI Reg. 14.


¿Qué áreas geográficas se ven afectadas?
Las áreas afectadas incluyen el área de Mar del Norte, el área del Mar Báltico, el área del Mar del Caribe, Alrededor de Puerto Rico y de las Islas Vírgenes, y el área que incluye 200 millas náuticas de las costas de Canadá y de los E.E.U.U.


Las zonas marcadas en azul muestran las Áreas de Control de Emisiones (Emission Control Areas (ECAs)), en las cuales los buques deben contar con límites especiales de SOx (Status Nov. 2013).

Los armadores tienen tres opciones para cumplir estas normas:
1) La utilización de combustibles destilados de bajo contenido en azufre (MGO), cuyo precio es un 55% superior al del fuel oil. (fuel oil pesado con un precio aproximado de 565 dólares/tonelada a diesel oil, que cuesta actualmente unos 870 dólares/tonelada).
2) La instalación de depuradores de gases de escape (scrubbers). 
3) La utilización de GNL como combustible.
La primera opción aumentará el costo de combustible, a igualdad de velocidad, aproximadamente en un 55%, por lo que se verán obligados a aumentar sus tarifas.
La compañía Maersk, operador mundial de líneas de portacontenedores, ha anunciado que usará MGO en sus buques debido a que los scrubbers son una tecnología que no está suficientemente desarrollada y el GNL carece de una infraestructura que garantice el suministro de combustible en el norte de Europa.
Maersk, ha anunciado que usará MGO en sus buques y que tendrá que aplicar un recargo de entre 100 y 300 dólares por TEU en sus servicios desde y hacia los principales puertos del norte de Europa y de Norteamérica, dependiendo del tiempo de tránsito en la SECA.
Otras compañías están anunciando aumentos de entre el 5% (por ejemplo, para el transporte de un contenedor Asia-Norte de Europa) y hasta más del 25% (para un servicio ferry rápido que tenga todo su itinerario en la SECA), dependiendo del tipo de servicio, la velocidad del buque y el porcentaje del servicio de transporte que se preste en el interior de la SECA.
En la segunda opción  hablamos de los depuradores de los gases de escape (scrubbers):

Seawater Scrubbing (SWS): Si se ponen en contacto los gases de escape de los motores con agua de mar, se produce una rápida y eficaz reacción entre el SOx y el Carbonato cálcico (CaCO3) contenido en el agua, para formar Sulfato cálcico (yeso) y CO2. Esta reacción neutraliza la acidez del SOx y consume algo de la capacidad neutralizadora del agua de mar. La reacción acaba en un tiempo muy corto, por lo que los equipos para tratar los gases de escape mediante este procedimiento, que se conoce como Seawater Scrubbing (SWS), pueden ser compactos y aún lograr una alta eficacia en la reducción (sobre el 95 %).

Esta depuración cortocircuita todo el ciclo del SOx y retorna el azufre a la mar de una manera segura, rápida y no dañina. Ésta es la principal ventaja medioambiental de este sistema de depuración.

La tercera opción es utilizar gas como combustible:

Al tratarse de una solución bastante reciente, la normativa internacional IMO se encuentra aún en fase de desarrollo a pesar de que las Sociedades de Clasificación ya han establecido sus propias normas basadas en su experiencia.

Un obstáculo para la flota existente es el coste del cambio a motores duales. Esto puede hacerse cambiando los motores o en algunos casos modificando algunas partes de los existentes, si bien los armadores generalmente prefieren el cambio total, porque así el motor que se quita aporta un valor residual. Se estima que esta operación tiene un período de retorno de la inversión de unos 4 años para buques que navegan entre puertos europeos.

Otro  factor que está retrasando el desarrollo del consumo de LNG por los buques es la falta de infraestructura de abastecimiento en los puertos, aunque las empresas proveedoras de gas ya están dedicando importantes inversiones para adaptar las terminales portuarias de los países más desarrollados. En cualquier caso los buques que naveguen por zonas donde no exista garantía de suministro de gas tendrán que seguir consumiendo combustibles líquidos.

Por último no podemos dejar de mencionar el hecho de que todo lo que suena a gas lo consideramos equivalente a riesgo de accidentes. Sin embargo, en el caso del gas natural no debería ser así por el excelente nivel de seguridad que han demostrado los buques metaneros.

Desde el punto de vista del almacenamiento, el LNG precisa mayor espacio que su equivalente en combustible líquido, ya que un litro de LNG viene a ser equivalente a 0,6 litros de gas oil y requiere tripulaciones con formación adecuada.

En la figura se puede ver como se reduce el SOx al utilizar LNG como combustible.



domingo, 21 de diciembre de 2014

El nuevo diseño de buques de transporte de LNG

Mitsubishi Heavy Industries MHI ha completado el desarrollo del nuevo ‘Sayaringo STaGE’, (esta última sigla es un acrónimo de Steam Turbine and Gas Engines), para el transporte de Gas Natural Licuado (GNL), que ofrece mayor eficiencia en el transporte y rendimiento del combustible.
El buque tiene una eslora de 297,5 m, manga de 48,94 mts., puntal de 27 mts. y calado de 11,5 mts. Contiene cuatro tanques y la capacidad total es de 180.000 m3 de LNG, aunque se puede adecuar a las necesidades de transporte.

La nave se proyecta para responder al crecimiento anticipado en la demanda para las naves en la nueva categoría de Panamax.
Nuevo Panamax es el término para el límite del tamaño de las naves que serán capaces de viajar a través del Canal de Panamá después de su extensión prevista para el mismo,  que se espera esté disponible para principios de 2016: 366 mts. de eslora, 49 mts. de manga y el 15.2 mts. de calado.
Los parámetros actuales de Panamax son: 295.0 mts. de eslora, 32.2 mts. de manga y 12.0 mts. de calado.
El nuevo diseño se presenta como sucesor de la exitosa serie denominada “Sayaendo”, que ya había tenido una gran aceptación por parte de los cargadores de gases, debido sobre todo a la alta fiabilidad de los tanques esféricos que equipan, reforzando su estructura de aluminio con una cubierta de acero e integrándolos con el casco de la nave.
MHI sostiene que la nueva forma de tanque ligeramente más abultada en su parte superior que en la inferior, (de ahí la denominación de ‘manzana’) constituye una versión mejorada de los tanques tipo Moss permitiendo un incremento de la capacidad, y por tanto, de la rentabilidad en el transporte, sin necesidad de modificar el Panamax 3 que constituye la estructura de ambos buques y que permitirá un aumento del 16% en la capacidad de carga de gas.
Sistema de propulsión

El nuevo barco cuenta con un sistema híbrido de doble propulsión. Éste se compone de una planta UST (“Ultra Steam Turbine plant”) (una turbina naval de vapor recalentado de alta eficiencia desarrollada por MHI), un motor tecnología dual capaz de operar tanto con gas como con combustible líquido, y un motor de propulsión eléctrico, que reduce considerablemente el impacto medioambiental de sus actividades.

El sistema UST utiliza una turbina de media presión, además de las turbinas altas y de baja presión. Después de que el vapor de la caldera es utilizado en  la turbina de alta presión, el vapor vuelve a la caldera y se recalienta para conducir a la turbina de media presión y posteriormente a la turbina de baja presión.
Calderas para el sistema  UST
La eficiencia de la planta se ha incrementado significativamente a través del uso efectivo de los gases residuales del motor dual en la turbina UST, lo que deriva en un sistema de propulsión de alta eficiencia para la navegación en una completa gama de velocidades.

Características importantes de una planta UST:

Una eficacia más alta de la planta: Mejora de cerca de 15% el consumo de combustible.

Altas confiabilidad y seguridad: Como en las plantas convencionales de turbinas.

Costes de mantenimiento bajos: Similar al costo de mantenimiento de las plantas convencionales de turbinas.

Disminución del cerca de 15% de las  emisiones (NOx, SOx, CO2).

Flexibilidad de la selección del combustible: puede quemarse fuel solo, gas solo o una combinación de ambos.

Vida de planta extremadamente larga: más que 40 años.    
                        
El sistema aumenta la eficiencia en el consumo de combustible en un 20% comparado al de Sayaendo, diferencia que alcanza hasta un 40% con respecto a otros metaneros.



miércoles, 12 de noviembre de 2014

Los Primeros RO-RO Pure Car/Truck propulsados con LNG

United European Car Carriers (UECC) ha firmado un contrato para la construcción de dos Pure Car/Truck Carriers (PCTC) propulsados mediante LNG. Cada buque llevará un motor MAN B&W 8S50 ME-GI dual-fuel.
La compañía transporta al año, más de 2,2 millones de vehículos y unidades de carga rodada a bordo de 28 buques diseñados especialmente para su transporte. Su sede central se encuentra en Grimstad y en Oslo, Noruega. Actualmente, es propiedad por partes iguales de la sueca Wallenius Lines y de la Nippon Yusen Kabushiki del Kaishasta japonés (NYK).
nuevo motor de doble combustible 8S50 ME-GI de MAN Diesel & Turbo
La naviera ha encargado a Kawasaki Heavy Industries (KHI) 2 buques de transporte de vehículos (pure car/truck carriers, PCTCs) que podrán utilizar como combustible gas natural licuado (GNL), además de fuel oil pesado o gasóleo marino utilizando el nuevo motor de doble combustible 8S50 ME-GI de MAN Diesel & Turbo.
Se construirán en el astillero NACKS que operan conjuntamente KHI y China Ocean Shipping Company en Nantong, China.

El proyecto de estos buques ha sido desarrollado conjuntamente por UECC, Wallenius Marine, NYK Technical Group y Kawasaki Heavy Industries.
Ambos buques se entregarán en segunda mitad de 2016 y tendrán 181 m de eslora, 30 m de manga y 10 cubiertas, con capacidad para transportar aproximadamente 3.800 coches tamaño estándar. Una parte significativa de la capacidad de transporte podrá utilizarse para carga alta y pesada y cualquier otro tipo de carga que requiera remolques MAFI. Los nuevos buques serán reforzados para hielo (1ª Super Finish/Swedish ice class), para facilitar su navegación por el Mar Báltico.
El motor ME-GI

El motor ME-GI ofrece la opción de utilizar tanto gasoil como GNL en función del precio y la disponibilidad, así como de las normativas medioambientales.

El gas licuado es una alternativa ecológica amigable con nuestro planeta. Los nuevos motores de 2 tiempos de MAN Diesel &Turbo, con tecnología dual y sistemas de reducción de emisiones, de baja velocidad tipo ME-GI (tipo M controlado electrónicamente, GI para inyección de gas), ofrecen una alta eficiencia de la planta propulsora.


Este tipo de motores son compatibles con hélices más grandes que los diseños actuales, facilitando una mayor eficiencia en el consumo de combustible; en concreto, se estima que el ahorro puede ser del 4,7%, una cifra similar para la reducción de emisiones de CO2.
El motor ME-GI usa inyección de gas a alta presión que permite mantener las numerosas ventajas de baja velocidad característica de los motores MAN. La especificación técnica del motor cumple con la Tier II de la OMI y cuenta con varias opciones para cumplir con los cambios introducidos por la Tier III, cuya entrada en vigor será en 2016.

Adaptación a la Tier III
Para cumplir la norma Tier III se requiere una reducción del 80% en las emisiones de azufre en comparación con la Tier I,  dentro de las áreas designadas de control de emisiones (ECASs) durante un ciclo de pruebas definido.

Por ello, MAN Diesel&Turbo ha desarrollado dos soluciones que ayuden a cumplir con este límite; por un lado, la reducción catalítica selectiva, SCR, que implica la reacción catalítica acelerada de óxidos de nitrógeno con amoníaco para formar agua y nitrógeno; y por otro, la recirculación de gases de escape, EGR, que realiza la recirculación de una parte del gas de escape del motor para devolverlo a los cilindros.


El LNG como combustible está reconocido como la opción más limpia y respetuosa con el medio ambiente para el transporte marítimo. Reduce significativamente las emisiones de CO2 y NOx, así como elimina significativamente las emisiones de SOx y las partículas.
Una vez en servicio, los buques podrán completar un trayecto de ida y vuelta de 14 días en el Báltico operando únicamente con este tipo de combustible, tanto en el motor principal como en el combustible destinado a energía auxiliar.
En los siguientes post se puede leer más sobre este tema:

miércoles, 9 de julio de 2014

Buques de transporte de Gas Natural Licuado (GNL)

(LNG, en inglés Liquefied Natural Gas) (I)
Para poder referirme a los buques que transportan GNL trataré de definir que es el GNL:
Gas Natural
El gas natural es inodoro, incoloro, no tóxico, su densidad (con respecto al agua) es 0,45 y sólo se quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5 a 15%.
En el pasado se consideraba un subproducto sin valor, asociado con la extracción de petróleo crudo, hasta que en 1920 se hizo evidente que era una valiosa fuente de combustibles como el propano y el butano.

Composición típica del gas natural

La composición del gas natural varía según la zona geográfica, la formación o la reserva del que es extraído.

Gas Natural Licuado (GNL)
El gas natural licuado es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma líquida.
Es posible reducir el volumen del gas natural mediante altas presiones, enfriamiento extremo o una combinación de las dos cosas. Se consideraba que el gas natural presurizado era demasiado peligroso de transportar debido al riesgo de explosión, así como el costo de los tanques contenedores. Sin embargo, los científicos descubrieron que si se enfriaba el metano a una temperatura aproximada de -161 ºC, se transformaba en un líquido cuyo volumen es 600 veces menor que en su fase gaseosa.

Para poder ser licuado, primero deben sacarse los elementos que podrían solidificarse durante el proceso de licuefacción (agua y dióxido de carbono), y luego se lo debe someter a enfriamiento hasta su punto de condensación, lo que en el caso del metano (principal constituyente del gas natural) es de aproximadamente -161 ºC a presión atmosférica.

Los orígenes de la tecnología de licuefacción del GNL aparecen alrededor de 1920 cuando se desarrollaron las primeras técnicas de licuefacción del aire. El primer uso de GNL fue para recuperar Helio del gas natural. El proceso se basaba en la licuefacción de los hidrocarburos que contenían helio, dejando este último en fase gaseosa; después de la extracción del helio, el GNL se vaporizaba y se vendía como combustible.

Buques de transporte de GNL (Gasero o Metanero)

Un gasero o metanero es un buque construido expresamente y dedicado al transporte de gas natural licuado, conocido por LNG, sus siglas en inglés (liquefied natural gas), desde los yacimientos en los países productores de gas natural a las plantas regacificadoras de los países consumidores. Las características tecnológicas de estos barcos son muy sofisticadas, ya que el gas debe mantenerse a una temperatura de -160°C.

Se considera que el primer transporte de GNL a larga distancia se realizó en 1959, cuando el buque de carga reconvertido en gasero, el Methane Pioneer, cargando cinco tanques prismáticos de aluminio de 7.000 barriles de capacidad con soportes de madera balsa y aislamiento de madera contra enchapada y uretano, transportó una carga de GNL desde “Lake Charles” en Louisiana” hasta “Canvey Island” en el Reino Unido. Esto demostró que grandes cantidades de gas natural licuado podían ser transportadas de manera segura a través de los mares.

Debido al éxito obtenido por el Methane Pioneer, se construyeron los primeros buques diseñados expresamente para el transporte de LNG, el Methane Progress y su gemelo, el Methane Princess, con una capacidad de 34.500 metros cúbicos cada uno.
Qatar está trabajando con los mayores buques actuales de 260.000 m3.
Se trata de buques de elevadas prestaciones: velocidad de 19-20 nudos, alta potencia propulsora (35.000-40.000 CV), ritmos de carga muy elevados (menos de un día), y habitualmente consumen para su movilidad el propio gas que se evapora en sus tanques de carga  (boil off) en combinación con  fuel oil.

En función del aislamiento de los tanques, estos buques pueden ser de dos tipos:

Metaneros de membrana, llamados así porque sus tanques disponen de una membrana de acero corrugado y expandible. A simple vista se distinguen porque en su cubierta sobresale una gran estructura, normalmente prismática.

Metaneros Kvaerner Moss
, que incorporan varios depósitos construidos en una aleación de aluminio y de forma esférica que destacan sobre la cubierta.
Uno de los problemas que presentan este tipo de buques, es que debido a la baja gravedad específica de la carga, tienen un calado reducido en comparación con otras embarcaciones de similares características; hay que agregar el efecto de superficie libre producido por la carga contenida en los tanques; estos efectos requieren una especial atención debido a que afectan directamente la estabilidad del buque.


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