La flexibilité est la clé pour permettre la transition du transport maritime vers les futurs carburants

La flexibilité est essentielle pour permettre la transition du transport maritime vers les futurs carburants

Wärtsilä développe une gamme sans précédent de systèmes d'alimentation en moteur et en carburant pour aider les armateurs à naviguer sur la voie de la réduction des émissions de gaz à effet de serre – quels que soient les carburants de leur choix.

Alors que le transport maritime cherche à réduire considérablement les émissions, les combustibles qu'il utilisera pour ce faire sont loin d'être clairs. Depuis 100 ans, le marché des carburants marins est presque entièrement dominé par le pétrole. Maintenant, une palette diversifiée de carburant propre potentiel émerge.

La viabilité de nombreux nouveaux carburants dépend du fait de surmonter de nombreux défis au cours des 10 à 20 prochaines années. Mais l'urgence de l'ambition de décarbonisation du transport maritime – notamment l'objectif de l'Organisation maritime internationale de réduire les émissions totales de gaz à effet de serre au moins de moitié d'ici 2050 – signifie qu'il n'y a pas de temps à attendre pour la solution idéale. La réponse réside dans la flexibilité, explique Mikael Wideskog, directeur général, Stratégie technologique et innovation, Wärtsilä Marine.

La flexibilité est essentielle pour permettre la transition du transport maritime vers les futurs carburants

Crédits image: wartsila.com

«Il existe des incertitudes autour de chaque carburant potentiel, y compris quand et où il sera disponible et à quel prix. L'intégration de la flexibilité du carburant dans les nouveaux navires – et, le cas échéant, la modernisation du groupe motopropulseur flexible dans les navires plus anciens – offre une couverture contre ces risques. »

Aucun convertisseur d'énergie n'est plus flexible que le moteur à combustion interne. Avec un échange limité de composants, les moteurs marins d'aujourd'hui peuvent brûler tous les carburants propres qui devraient devenir disponibles au cours des prochaines années. Le stockage, la manutention et l'approvisionnement en carburant peuvent être plus compliqués compte tenu des propriétés des nouveaux carburants, mais les défis sont gérables, surtout si les navires sont construits en pensant aux futures conversions.

Pour propulser la navigation quel que soit le choix de carburant, Wärtsilä étudie tous les nouveaux carburants – y compris le méthane bio et synthétique, l'ammoniac, le méthanol, l'hydrogène et les biocarburants. Ses recherches s'appuient sur l'expérience inégalée qu'il a déjà acquise dans la construction de moteurs, de systèmes d'approvisionnement et de stockage pour une large gamme de carburants, notamment le GNL, le GPL, le biodiesel, le méthanol et les composés organiques volatils. Face à un avenir énergétique complexe, Wärtsilä a un objectif simple.

«Nous continuerons d'être un fournisseur de solutions complètes d'alimentation en carburant et de moteurs pour tous les futurs carburants. Compte tenu de la demande du marché, au cours de la prochaine décennie, nous commercialiserons la technologie des moteurs et des systèmes d'alimentation en gaz combustible qui permettront aux propriétaires de navires d'être prêts à utiliser tous les carburants actuellement en discussion. Compte tenu de la modularité des moteurs modernes, cela signifie que, tant que les propriétaires de navires prennent en compte les besoins de stockage, ils peuvent déjà envisager d'utiliser de nouveaux carburants sur les navires en construction aujourd'hui. »

GNL BIO- & SYNTHÉTIQUE

Wärtsilä estime que la transition vers des carburants propres sera la plus facile, la plus rentable et la plus rapide pour les navires propulsés au gaz naturel liquéfié (GNL). Le développement du méthane à partir de la biomasse et de sources synthétiques signifie qu'il existe une voie claire vers une énergie neutre en carbone à partir du GNL, qui offre déjà des réductions d'émissions de gaz à effet de serre de 5 à 21% par rapport au fioul lourd. Le GNL bio et synthétique peut être utilisé initialement comme combustible d'appoint aux côtés du GNL conventionnel pour réduire sa teneur en carbone fossile et plus tard, à mesure que l'offre augmente, pour le remplacer entièrement.

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Cette voie est à la fois techniquement et logistiquement réalisable aujourd'hui. Les moteurs et les systèmes d'alimentation en carburant conçus pour le GNL ne nécessitent aucune modification pour utiliser du GNL bio ou synthétique. Et en plus d'être compatibles avec les moteurs GNL existants, les futures variétés neutres en carbone peuvent également être utilisées dans l'infrastructure de soutage déjà établie pour le GNL. Cela offre une longueur d'avance considérable (à la fois en termes de temps et de financement) par rapport à d'autres carburants qui auront besoin d'une infrastructure d'approvisionnement à construire à partir de zéro.

«Il existe déjà des navires fonctionnant sur un mélange de bio-GNL et de GNL fossile, et de petits essais sont prévus avec du GNL synthétique», explique Wideskog. «La perspective d'un approvisionnement à grande échelle se compare favorablement à d'autres carburants propres qui peuvent être à une décennie ou plus de la disponibilité commerciale.» Une étude récente * suggère que l'approvisionnement durable prévu en bio-GNL 2030 et 2050 pourrait répondre aux besoins énergétiques complets de l'industrie du transport maritime.

L'un des défis de la filière GNL est l'émission de méthane, un puissant gaz à effet de serre, qui accompagne la production, l'approvisionnement et la combustion incomplète du GNL. Cela peut compenser dans une certaine mesure la réduction des émissions de dioxyde de carbone résultant de l'utilisation du GNL. Mais le développement des moteurs au cours des deux à trois prochaines années rétablira l'avantage, et la plus grande source d'émissions de méthane – la production, le stockage et le transport de GNL fossile – sera considérablement plus faible lorsque la biomasse et les sources synthétiques émergeront. Pour ces raisons, Wärtsilä estime que même avec le défi du glissement de méthane, le GNL offre le transport maritime le plus rapide et le plus rentable vers la décarbonisation.

AMMONIAC

Le GNL n'est pas la seule voie pour une expédition propre. Les carburants à base d'hydrogène offriront une source d'énergie sans gaz à effet de serre s'ils sont fabriqués à partir d'électricité renouvelable. Les deux plus importants sont le méthanol et l'ammoniac.

L'exploration de l'ammoniac comme carburant progresse également rapidement. Certains pays soutiennent fortement l'ammoniac comme combustible de l'avenir. Il présente plusieurs avantages par rapport à l'hydrogène: par exemple, il a une plus grande densité d'énergie et il n'a pas besoin d'être stocké sous compression ou à très basse température.

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Comme il est toxique et hautement corrosif, l'ammoniac reste difficile à manipuler, en particulier pour les navires à passagers. Mais Wärtsilä ne part pas de zéro. Il a conçu des systèmes de manutention de cargaison capables de manipuler l'ammoniac pendant plusieurs années, pour une utilisation sur les transporteurs de GPL. Du côté du stockage et de l'approvisionnement en carburant, elle participe à un projet européen ShipFC visant à développer des systèmes qui fourniront de l'ammoniac aux piles à combustible qui seront installées sur le navire de ravitaillement d'Eidesvik Offshore Viking Energy d'ici 2023. Le concept de base pour l'approvisionnement en carburant est similaire à celui pour le GNL, et le combustible ammoniacal peut être manipulé dans une version en acier inoxydable du système d'alimentation en gaz combustible LNGPac bien établi de Wärtsilä.

Wärtsilä a lancé des tests de combustion d'ammoniac en mars. Sur la base des résultats initiaux, les tests se poursuivront sur les moteurs à essence bicarburant et à allumage commandé. Ils seront suivis d'essais sur le terrain en collaboration avec les armateurs à partir de 2022. Pendant ce temps, Wärtsilä travaille avec les armateurs, les constructeurs navals, les sociétés de classification et les fournisseurs de carburant pour en savoir plus sur les exigences du système et de sécurité, ainsi que sur la composition du carburant, les émissions et l'efficacité.

L'ammoniac possède plusieurs autres propriétés qui nécessitent une enquête plus approfondie. Il s'enflamme et brûle mal par rapport à d'autres carburants et la combustion pourrait conduire à des émissions de NOx plus élevées, sauf s'il est contrôlé soit par un post-traitement, soit en optimisant le processus du moteur. Un cadre réglementaire et des règles de classe devront également être élaborés pour son utilisation comme carburant marin.

METHANOL

Jusqu'à présent, le méthanol n'a pas été largement utilisé comme carburant marin. L'alcool industriel produit facilement et à moindre coût est aujourd'hui principalement fabriqué à partir de gaz naturel, mais l'utilisation d'hydrogène à partir d'électricité renouvelable et de carbone récupéré pour fabriquer du méthanol vert le rendrait neutre en carbone. Et avec une meilleure combustion et un stockage et une manipulation plus faciles que l'ammoniac, le méthanol pourrait être un cheval noir dans la course des expéditions vers la décarbonisation.

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Seuls quelques constructeurs de moteurs marins ont de l'expérience avec les moteurs au méthanol. Un projet visant à convertir un moteur Wärtsilä Z40 sur le navire ro-pax Stena Germanica pour brûler du méthanol a commencé en 2015. Le moteur fonctionne désormais principalement au méthanol et le succès de l'installation a incité Wärtsilä à regarder plus loin le carburant.

«Le véritable avantage du méthanol est la facilité de stockage», explique Wideskog. «Pour Stena Germanica, il s'agissait d'une simple conversion d'un réservoir d'eau de ballast. Mais les moteurs convertis sont assez anciens et nous voulons maintenant examiner les performances du méthanol sur un moteur plus moderne. Au cours des prochains mois, nous commencerons à tester le méthanol sur notre moteur Wärtsilä 32 et nous examinerons d'autres concepts pour brûler du méthanol. »

BIODIESEL

Les carburants dérivés de la biomasse ont un grand potentiel en tant que source d'énergie neutre en carbone. Ils peuvent être fabriqués sous une variété de formes qui peuvent être utilisées dans les moteurs diesel et à gaz, soit comme carburant d'appoint, soit seuls. Étant donné que les biocarburants peuvent être utilisés dans les moteurs, les technologies d'approvisionnement et de stockage de carburant existants, ils pourraient offrir une décarbonisation simple et efficace des transports maritimes, en fonction de la capacité d'augmenter l'offre à un prix raisonnable.

Wärtsilä a continuellement expérimenté avec de nombreux biocarburants différents depuis les années 1990, et au cours des dix dernières années, a développé des techniques de combustion avancées pour améliorer encore l'efficacité et la flexibilité du carburant. Plus récemment, Wärtsilä a travaillé avec le fournisseur de bunker Boskalis et la société de biocarburants Goodfuels pour développer et tester des biocarburants adaptés à la navigation. Dans le cadre de ce partenariat, Wärtsilä a testé une gamme de nouveaux biocarburants à partir de fin 2015 et, en avril 2016, avait optimisé les performances du carburant et du moteur, réduisant considérablement les émissions de particules et éliminant la teneur en soufre.

HYDROGÈNE

Wärtsilä possède déjà une solide compréhension de l'hydrogène et ses moteurs bicarburant et moteurs à gaz à allumage commandé peuvent déjà fonctionner avec un mélange de carburant comprenant jusqu'à 15-25% d'hydrogène, ce qui souligne encore plus la flexibilité des moteurs bicarburant. Mais la société estime que l'hydrogène a un potentiel limité comme carburant dans le transport maritime.

«Le stockage à bord dans les quantités nécessaires pour le transport en haute mer est plus réalisable pour l'ammoniac et le méthanol que pour l'hydrogène», explique Wideskog. «Nous voyons certaines applications de niche pour l'hydrogène car certains intérêts nationaux poussent ce carburant, et des réglementations locales strictes peuvent le rendre possible pour certains transports maritimes à courte distance. Mais le rôle principal de l'hydrogène dans le transport maritime sera comme élément de base pour d'autres carburants. »

Wärtsilä a d'abord essayé d'utiliser l'hydrogène dans ses moteurs à gaz en 2015 et poursuit actuellement son développement vers un moteur à hydrogène pur. Après un sprint l'année dernière au cours duquel les experts de Wärtsilä ont réfléchi aux concepts de moteurs, en utilisant l'hydrogène dans les moteurs à cycle diesel et à cycle Otto. Les projets sont en cours d'analyse en vue de procéder à des tests moteurs. Mais le stockage et l'approvisionnement en carburant restent un défi pour l'hydrogène en raison de sa faible densité d'énergie volumétrique – l'hydrogène liquéfié a environ un tiers de l'énergie du GNL par mètre cube, ce qui signifie que les réservoirs doivent être près du double de la taille – ainsi que son explosif et corrosif la nature.

CONCLUSION

L'avenir du marché des carburants marins est loin d'être certain, mais l'investissement dans les navires ne peut pas s'arrêter. Pour gérer ce risque, il est essentiel que les armateurs se préparent à intégrer la flexibilité du carburant dans leurs navires. Le moteur à combustion est le véhicule idéal pour maintenir cette flexibilité, et le programme de recherche et développement sans précédent de Wärtsilä couvrant toutes les options de carburant souligne l'engagement unique de Wärtsilä envers l'industrie du transport maritime.

Mikael Wideskog conclut: «Notre objectif est de faire en sorte que la flotte mondiale puisse être propulsée proprement et de manière fiable, quels que soient les carburants qui aident finalement le transport maritime à atteindre ses ambitions en matière d'émissions.»

* «Disponibilité et coût du méthane bio et synthétique liquéfié – La perspective du transport maritime», CE Delft, mars 2020

Référence: wartsila.com

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