Le changement climatique et des carburants fiables, propres et à faibles émissions sont les facteurs importants pour les exploitants de navires depuis le 1er janvier 2020. Douze mois après le début de la transition IMO2020 et le débat sur le changement climatique devient le principal point de discussion à l’ordre du jour mondial – des événements de l’industrie à les salles de conseil des sociétés mondiales. Par rapport à cela, il y a l’approvisionnement fiable en carburant, car le remplacement du carburant marin représente un investissement important qui nécessite des changements majeurs pour un navire typique qui a une durée de vie d’environ 30 ans. Si un navire adopte une nouvelle technologie pour réduire son impact sur l’environnement, la décision doit être prise pour s’assurer qu’elle profitera à l’environnement pendant toute la durée de vie opérationnelle du navire.
L’OMI imposant des restrictions de plus en plus strictes sur les émissions de NOx et de SOx des navires et des zones de contrôle des émissions (ECA), des zones telles que la mer du Nord et la mer Baltique ont été désignées comme des restrictions plus strictes sur les émissions de polluants atmosphériques. Alors, comment un changement dans les carburants marins est-il mis en œuvre?
Du point de vue des armateurs, les critères économiques sont les plus importants, ce qui n’est pas surprenant car ils affectent le plus leur activité. Du point de vue du fournisseur de carburant, les critères techniques sont une priorité. En réalité, c’est l’économie de n’importe quelle industrie qui décide. Même pour les autorités et les gouvernements, l’économie est importante car elle affecte le montant des subventions nécessaires pour introduire des carburants alternatifs à usage maritime.
Les aspects qui influencent l’impact économique des choix alternatifs actuels en matière de carburants marins sont axés sur les coûts relatifs de la nouvelle propulsion d’investissement pour un navire porte-conteneurs nouvellement construit. Cependant, il est également possible de moderniser les navires existants pour qu’ils fonctionnent avec des carburants marins alternatifs. L’utilisation de rénovations au lieu de nouvelles constructions peut affecter la viabilité économique et changer radicalement l’utilisation de carburants de remplacement. À cela s’ajoutent les fluctuations des prix des carburants, d’autant plus que les prix changeront d’ici 2030. Les prix des carburants sont affectés par la sélection de carburants marins alternatifs, car ils sont susceptibles d’économiser d’échelle et deviendront moins coûteux lorsque la production augmentera.
Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre nocifs, la recherche de carburants alternatifs pour l’industrie du transport maritime est en cours. L’utilité des vecteurs d’hydrogène et d’hydrogène est étudiée comme carburant pour les navires de mer. En raison de la faible densité d’énergie volumétrique de l’hydrogène dans des conditions standard, le besoin d’un stockage efficace de ce carburant est élevé. Et, avec le commerce mondial et la croissance économique mondiale fortement dépendants du transport maritime, les « maîtres des mers » d’aujourd’hui transportant plus de 90% du volume de toutes les marchandises par nos océans, signifie que le découplage des émissions liées au transport est l’un des plus grands défis auxquels le navire d’aujourd’hui est confronté. agents.
Déjà après 12 mois après le début de la période de transition IMO2020, de bons progrès sont réalisés, mais bien qu’il existe un certain nombre de technologies en évolution et de mesures écoénergétiques disponibles qui réduisent la pollution atmosphérique et les émissions de gaz à effet de serre, pour que l’industrie du transport réussisse à réduire les émissions de gaz à effet de serre. , les mesures d’efficacité énergétique à elles seules ne suffisent pas. Les carburants alternatifs à faibles émissions dans le processus de décarbonation sont essentiels à la transition de l’industrie vers un avenir sobre en carbone.
Une solution possible à «court terme» est l’hydrogène – un carburant sans carbone qui est envisagé pour une utilisation dans des applications marines. L’autre carburant sans carbone est l’ammoniac et la filière de production des deux est très étroitement liée. L’hydrogène peut être produit à partir de nombreuses sources différentes, en utilisant une énergie conventionnelle ou renouvelable, qui détermine le coût du carburant pour l’utilisateur final, ainsi que son empreinte carbone sur le cycle de vie.
Son extraction peut être fabriquée à partir de combustibles fossiles et de biomasse, ou à partir d’eau, ou à partir d’une combinaison des deux. En termes de consommation d’énergie, l’énergie actuelle utilisée dans le monde pour la production d’hydrogène est d’environ 275 Mtep. Cela correspond à 2% de la demande mondiale d’énergie [IEA, 2019]. Le gaz naturel est la principale source de production d’hydrogène (hydrogène gris, 75%) et est largement utilisé dans les industries de l’ammoniac et du méthanol. La deuxième source de production d’hydrogène est le charbon (hydrogène brun, 23%), qui est dominant en Chine. Les 2% restants de la production mondiale d’hydrogène sont basés sur le pétrole et l’énergie électrique. Cependant, l’option future la plus intéressante est la production d’hydrogène vert par électrolyse de l’eau en utilisant une énergie entièrement renouvelable.
Une forte dépendance au gaz naturel et au charbon signifie que la production d’hydrogène est très intensive en carbone, allant de 10 tCO2 / tH2 pour le gaz naturel à 19 tCO2 / tH2 pour le charbon, mais ces émissions peuvent être réduites grâce à l’utilisation de la technologie de capture et de séquestration du carbone. . L’extraction de l’hydrogène du gaz naturel est réalisée par reformation en utilisant trois méthodes: (i) le reformage à la vapeur, qui utilise l’eau comme oxydant et source d’hydrogène, (ii) l’oxydation partielle, qui utilise l’oxygène de l’air en présence d’un catalyseur, et (iii) le reformage autothermique, qui est une combinaison des deux premiers. Dans tous les cas, du gaz de synthèse (CO + H2) est formé puis converti en hydrogène et en CO2 par la réaction de décalage eau-gaz. Cependant, afin de réduire l’intensité en carbone de la production d’hydrogène, la biomasse peut être utilisée pour la production de gaz de synthèse par gazéification, ou l’énergie électrique renouvelable peut être utilisée pour électrolyser l’eau. Une fois produit, l’hydrogène peut être stocké sous forme de gaz ou de liquide, en fonction de la quantité, du temps de stockage et du débit de décharge requis. Le stockage est un autre domaine à considérer. Différentes applications créent des besoins de stockage différents, car l’utilisation de l’hydrogène peut aller des applications mobiles et stationnaires à petite échelle au commerce intercontinental à grande échelle.
La disponibilité et le faible coût du charbon et du gaz naturel rendent la production d’hydrogène plus économique à court terme. Le coût de l’hydrogène brun et gris varie entre 1 et 4 $ / kg, alors que celui de l’hydrogène vert se situe actuellement entre 6 et 8 $ / kg. Le coût de production d’hydrogène vert depuis 2015 a baissé d’environ 50%, et cette tendance devrait se poursuivre jusqu’en 2030 et au-delà, alors que les projets axés sur le déploiement d’énergies renouvelables pour la production d’hydrogène augmentent. Les pôles d’hydrogène utilisant une combinaison d’énergie éolienne, solaire et houlomotrice pour réduire le coût de production à moyen terme pourraient être commercialement viables avec une technologie éprouvée. Réduire le coût de l’hydrogène vert à 2 $ / kg peut le rendre compétitif pour une utilisation dans le secteur maritime.
Le pouvoir calorifique de l’hydrogène est le plus élevé de tous les carburants marins candidats à 120 MJ / kg. Cependant, sa densité énergétique par unité de volume, même liquéfiée, est nettement inférieure à celle des distillats. L’hydrogène comprimé à 700 bar n’a que ~ 15% de la densité énergétique du diesel et, par conséquent, stocker la même quantité d’énergie à bord nécessite environ 7 fois plus de réservoirs. Cela signifie que le stockage comprimé ou liquéfié de l’hydrogène pur ne peut être pratique que pour les petits navires qui ont fréquemment accès aux stations de soutage. La flotte hauturière peut avoir besoin d’un support différent en tant que transporteur d’hydrogène, comme l’ammoniac ou les transporteurs d’hydrogène organique liquide (LOHC), pour limiter les pertes importantes d’espace de chargement. L’ammoniac a une densité d’énergie plus élevée que l’hydrogène, ce qui réduit le besoin de réservoirs plus grands, mais ses avantages doivent être comparés aux pertes d’énergie et aux équipements supplémentaires nécessaires à la conversion en hydrogène avant d’être utilisé dans les moteurs ou les piles à combustible. [IEA, 2019]. En variante, l’ammoniac peut être utilisé directement comme carburant liquide dans les moteurs, plutôt que comme vecteur d’hydrogène. La réduction de la taille des réservoirs nécessaires au stockage de l’hydrogène est un domaine de recherche actif. De plus, le stockage de l’hydrogène dans des matériaux à l’état solide tels que les hydrures métalliques et chimiques en est aux tout premiers stades de développement, mais il peut permettre de stocker à pression atmosphérique une densité d’hydrogène plus élevée.
Ensuite, nous arrivons aux installations de soutage proprement dites où les coûts devraient être plus élevés que ceux des installations de GNL, principalement en raison des besoins de stockage cryogénique plus élevés de l’hydrogène liquide et du matériau requis pour les réservoirs, les tuyaux et les joints. Les principaux coûts des composants sont les navires de stockage et de soutage, qui doivent être mis à l’échelle en fonction du nombre de navires desservis. Dans les petits ports, la disponibilité de l’hydrogène sur place serait nécessaire étant donné les débits inférieurs et le coût élevé des pipelines d’hydrogène dédiés. Cependant, les coûts des navires et des infrastructures représentent une fraction relativement faible des coûts d’expédition totaux sur une durée de vie typique de 15 à 20 ans, le coût du carburant étant le principal facteur. [IEA, 2019].
Le développement de l’économie de l’hydrogène est considéré dans les secteurs de l’énergie et des transports comme l’objectif potentiel à long terme pour assurer un avenir durable et propre. Les armateurs, les ports et les institutions de régulation comme l’OMI, devront faire des choix stratégiques sur les méthodes de stockage de l’hydrogène pour le transport maritime. La transition vers l’hydrogène nécessite sa production à partir de sources renouvelables propres et la commercialisation de piles à combustible. Le carburant fourni directement à partir de sources d’hydrogène, plutôt que par le reformage d’autres vecteurs d’hydrogène, est l’option préférée. C’est un élément important de notre avenir énergétique propre et sûr, et un contributeur important à la réduction de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur maritime.
A propos de l’auteur: Sotirios Mamalis est le directeur du développement durable – Carburants et technologie à l’American Bureau of Shipping. Dans ce rôle, Sotirios explore les carburants et les technologies qui peuvent contribuer à la décarbonisation de la flotte marine et offshore. Sotirios a une expérience en matière de production d’électricité et de systèmes de propulsion utilisant des carburants conventionnels et alternatifs. Il est titulaire d’un doctorat. diplôme en génie mécanique de l’Université du Michigan.
