Combustibili navali a basso tenore di zolfo

Emissioni di zolfo al bando

È comune affermare che le nuove normative IMO ci accompagneranno verso la nuova era a basso tenore di zolfo, ma in realtà il periodo post 2020 sarà l'era a tenore di zolfo più basso.

Lo zolfo è un elemento presente in natura e in tutti i combustibili fossili. È essenziale per la vita, ma la sua presenza nell'atmosfera sotto forma di ossidi di zolfo (SOx) in alte concentrazioni può causare gravi problemi per l'ambiente e la salute.

Fino ad ora, il settore navale è stato uno dei principali responsabili delle emissioni di SOx: nel 2007, ad esempio, le navi hanno rilasciato 15 milioni di tonnellate di SOx, circa il 5-8% delle emissioni globali. Questa situazione cambierà rapidamente.

L'IMO ha iniziato a regolamentare l'impatto ambientale della navigazione con MARPOL 73/78 (la Convenzione internazionale per la prevenzione dell'inquinamento causato da navi del 1973, modificata dal Protocollo del 1978 ).

Nel 2005 è entrato in vigore l'Allegato VI della convenzione, che ha limitato per la prima volta i livelli di ossido di zolfo (SOx) e ossido di azoto (NOx) nelle emissioni delle navi. In termini di SOx, il primo limite globale fissato era il 4,50% m/m di zolfo nell'olio combustibile. L'Allegato VI stabilita inoltre le Emission Control Area (ECA), un numero ristretto di aree limitate circostanti alle principali aree abitate, in cui il limite di zolfo era molto più basso.

Nel 2012 il limite globale è stato abbassato al 3,50% m/m. Nel 2015, quindi, il limite delle aree ECA è stato abbassato allo 0,10%. Nel 2020 il limite delle aree ECA rimane invariato, ma quello globale scende allo 0,50%.

Nonostante alcune perplessità riguardanti il tempo necessario ai settori navale e della raffinazione per prepararsi al cambiamento, l'IMO ha confermato di recente che l'entrata in vigore del limite dello 0,50% non subirà ritardi e tutte le navi dovranno conformarsi a partire dal 1° gennaio 2020 per non incorrere in pesanti sanzioni, tra cui la dichiarazione di non idoneità alla navigazione.

I combustibili dell'era a basso tenore di zolfo

Benché i cambiamenti dell'ultimo decennio abbiano già avuto impatto sulla varietà di combustibili disponibili nel mondo, la maggior parte delle flotte è ancora alimentata a combustibile pesante.

Le nuove regole, tuttavia, riducendo dell'85% l'attuale contenuto di zolfo, porteranno cambiamenti più significativi nel settore, come mai prima d'ora. Gli operatori privi di dati aggiornati sui parametri del combustibile e sui requisiti di trattamento associato corrono il rischio di affrontare costi e problemi significativi.

In un recente briefing aziendale di Lloyd's List, i partecipanti hanno segnalato che nonostante l'assenza di un approccio coordinato delle raffinerie, è evidente che il settore è orientato verso un futuro a più combustibili.

Più in dettaglio, possiamo prevedere che i combustibili successivi al 2020 rientreranno in cinque categorie principali:

• Olio combustibile a bassissimo tenore di zolfo (ULSFO), max 0,10%
• Olio combustibile a tenore di zolfo molto basso (VLSFO), max 0,50%
• Olio combustibile pesante, max 3,50%
• GNL (gas naturale liquido)
• Altri

ULSFO 0,10% S

La gamma di nuovi combustibili commercializzati per soddisfare i requisiti ECA dello 0,10% continuerà a essere utilizzata. Questi tipi di combustibili sono per lo più distillati puliti. Possono tuttavia essere anche ibridi: gasolio miscelato con olio residuo. In generale, questi combustibili funzionano bene con configurazioni di motore standard, ma potrebbero richiedere modifiche operative. Ad esempio, i distillati hanno livelli di viscosità relativamente bassi, che richiedono un'attenta gestione. Inoltre, alcuni dei nuovi ibridi utilizzano prodotti tradizionalmente non impiegati nelle applicazioni navale e ciò genera incertezza in termini di stabilità, compatibilità e contaminazione. Data la domanda potenzialmente elevata di questo tipo di combustibili, il settore navale potrebbe entrare in competizione con altri settori e questi combustibili saranno un'opzione costosa.

VLSFO 0,50% S

Le raffinerie avranno sempre l'esigenza di utilizzare i loro residui in modo proattivo. È possibile miscelare i prodotti residui adatti con distillati a basso tenore di zolfo per creare combustibili conformi e di buona qualità. Queste miscele possono contenere fino al 40% di residuo e rispettare il limite dello 0,50% per lo zolfo, ma presentano un rischio di instabilità elevato e possono essere potenzialmente ipersensibili alla miscelazione con altri combustibili a bordo.

Olio combustibile pesante (HFO) con scrubber

Sebbene le regolamentazioni IMO definiscano i livelli di zolfo nel combustibile, le navi sono considerate conformi se dispongono di tecnologia di abbattimento per la depurazione dello zolfo dai gas di scarico. Gli scrubber già in uso si sono dimostrati in grado di trattare livelli elevati di zolfo nel combustibile. Permettono agli operatori di continuare a utilizzare i combustibili residui economici e abbondanti che già conoscono. Sebbene questa opzione non sia adatta a tutte le navi, sarà una scelta interessante per molti.

GNL

Il contenuto di zolfo del GNL è ben al di sotto del limite stabilito e le sue proprietà di combustione pulita ne fanno una scelta attraente. In pratica, tuttavia, i costi legati all'adattamento, alla produzione, al trasporto e allo stoccaggio (sia a terra che a bordo) ne fanno un'opzione impraticabile per la maggior parte degli operatori. Il GNL è principalmente costituito da metano, un potente gas serra, pertanto una fouriuscita rappresenta una grave minaccia ambientale. Bruciando, inoltre, il GNL libera più anidride carbonica di quanto molti pensino. Attualmente, sono solo circa 200 le navi alimentate a GNL in uso o in ordine. Questo numero crescerà costantemente nei nuovi modelli ed ExxonMobil stima che il 12% del combustibile utilizzato nel 2040 sarà gas. In altre parole, il GNL potrebbe diventare il principale combustibile per navi del futuro, un futuro distante decenni.

Altri

Una varietà di altri tipi di combustibili è inoltre entrata in gioco. Sono inclusi i biocarburanti, anche noti come biodiesel (metilestere di acidi grassi), estratti da rifiuti plastici, metanolo e altri nuovi tipi non ancora sul mercato. Le proprietà di alcuni di questi combustibili sono problematiche per l'uso navale, ad esempio il rischio elevato di crescita microbica. Tuttavia, il biodiesel è privo di zolfo e ha un potere lubrificante relativamente alto. Questi tipi di combustibile sono ancora troppo costosi per essere considerati come unica opzione, ma possono essere utili per abbattere il contenuto di zolfo miscelati ad altri combustibili.

La sfida per il settore navale

La transizione di passaggio all'era dello 0,50% non sarà graduale. Come indicato sopra, sarà richiesta una conformità rigida sin dal primo giorno. In questo senso, la maggiore sfida iniziale non sarà tanto in mare, ma nella catena di approvvigionamento, dove si dovranno pulire e preparare le chiatte di bunker e riempire i serbatoi con combustibile conforme.

Tuttavia, la disponibilità di combustibili a basso tenore di zolfo non sembra essere il problema più grande per gli armatori. Il vero grattacapo sarà l'anticipazione dei diversi tipi di combustibili disponibili e la relativa modalità di utilizzo, da soli o in combinazione con altri combustibili. Come illustra l'esperto di combustibili di Lloyd's Register, Tim Wilson:

L'armatore deve essere consapevole dei potenziali rischi derivanti dalla mancata definizione di una gestione chiara del combustibile che tenga in considerazione la notevole diversità e la gamma di formulazioni con cui avranno a che fare passando da un bunker all'altro. I rischi operativi a bordo della nave potrebbero essere enormi.

Instabilità

Un combustibile è considerato stabile se tende a conservare le sue proprietà materiali nel tempo. I combustibili instabili subiscono alterazioni chimiche a breve termine che possono causare gravi problemi operativi.

Nei distillati instabili, gli idrocarburi insaturi si ossidano producendo resine, gomme e vernici.

Nei combustibili residui instabili, gli asfalteni e altre molecole di idrocarburi aromatici e polari tendono a raggrupparsi, formando fanghi densi nei serbatoi di stoccaggio. Si tratta di fanghi appiccicosi e altamente viscosi.

Su una nave che utilizza combustibili instabili possono verificarsi intasamenti nei filtri, nei separatori e nelle tubazioni. Se le pompe del combustibile si sovraccaricano, si possono verificare problemi nell'accensione e nella combustione e il rischio di danni permanenti ai pistoni, alle fasce elastiche e alle camicie dei cilindri. In casi estremi è anche possibile che si arrestino i motori principali e ausiliari, con rave pericolo per la nave e l'equipaggio.

Incompatibilità

Anche se due o più combustibili possono essere stabili singolarmente, mescolati insieme possono produrre una miscela instabile. È la condizione di incompatibilità.

Ad esempio, la miscela di HFO e VLSFO crea probabilmente un olio instabile. Analogamente, i combustibili ULSFO possono avere problemi di compatibilità con HFO, VLSFO e altri ULSFO. Poiché il 2020 vedrà la commercializzazione di una varietà di combustibili più ampia che mai, è prevedibile che l'incompatibilità diventi un problema più diffuso e complesso per il settore.

L'importanza di testare i combustibili e pulire i serbatoi

Si prevede che i problemi di stabilità e compatibilità verificatisi dalla creazione delle aree ECA diventino più diffusi a partire dal 2020, con la creazione da parte dei fornitori di miscele per utilizzare le scorte esistenti o con l'introduzione nei serbatoi delle navi di combustibili nuovi insieme a quelli residui.

È essenziale testare la stabilità dei nuovi combustibili. A tal fine, ISO WG6 (ISO 8217) e CIMAC WG7 stanno attualmente elaborando metodi per comprendere meglio i problemi di stabilità e compatibilità. La collaborazione tra le raffinerie e i laboratori di test può anche contribuire a garantire la piena comprensione dei nuovi prodotti.

Inoltre, gli operatori devono assicurare che i diversi combustibili siano separati a bordo e che le linee di trattamento del combustibile e i serbatoi siano progettati per operare in modo indipendente, per attenuare i rischi di intasamento. Se la miscelazione dei combustibili è inevitabile, occorre prima effettuare test di compatibilità. È possibile effettuare test semplici a bordo, ma i test approfonditi condotti in laboratorio offrono livelli di sicurezza superiori.

Come best practice, i serbatoi devono essere puliti regolarmente per ridurre il rischio di potenziali formazioni di fanghi durante la navigazione. Allo stesso modo, gli equipaggi dovranno prestare particolare attenzione ai segni di incompatibilità nel passare da un combustibile a un altro.

Altre considerazioni

Il nuovo mix di combustibili marini sarà fonte di complessità in altri aspetti della gestione e del trattamento del combustibile. Ecco, brevemente, alcune delle altre sfide:

• Temperatura: i diversi combustibili avranno viscosità e punti di infiammabilità differenti. Le temperature operative, pertanto, devono essere gestite con attenzione sia per assicurare un flusso di combustibile costante senza causare shock termici nelle pompe e nelle altre apparecchiature, sia per evitare il rischio di incendio.
• Proprietà lubrificante: gli equipaggi devono essere consapevoli del grado di lubrificazione fornito da ciascun combustibile e apportare le modifiche necessarie per proteggere i motori.
• Polveri catalitiche: la rimozione dello zolfo dal combustibile richiede catalizzatori che lasciano come residuo piccole particelle dure, potenzialmente dannose per i motori e le altre apparecchiature se non vengono separate adeguatamente dal combustibile. Inoltre, i combustibili a basso tenore di zolfo possono avere livelli di polveri catalitiche più alti.
• Contaminazione dell'acqua: alcuni tipi di combustibili attraggono più acqua di altri, il che può ridurre il risparmio di combustibile e corrodere motori e altri componenti se l'acqua non viene rimossa efficacemente.
• Contaminazione microbica: i biocarburanti, in particolare, possono essere soggetti a proliferazioni microbiche, potenziali cause di blocchi e corrosione.

Un passo avanti nella curva della conoscenza

Dati i cambiamenti drastici e rapidi del settore navale e data l'incertezza di molti aspetti della situazione dei combustibili post 2020, è fondamentale un impegno costante, soprattutto durante la transizione alla nuova era.

La conoscenza e la consapevolezza saranno le chiavi del successo, quindi spetta a tutte le parti interessate responsabili condividere conoscenze, valutare le opinioni degli esperti e partecipare alla discussione. Il sito Fuel Line di Alfa Laval e altri siti emergenti si prefiggono di informare e focalizzare il dialogo. La collaborazione tra le diverse parti coinvolte nel settore, come armatori, operatori, cantieri navali, assicuratori, raffinerie, produttori di attrezzature e motori e fornitori, garantisce le migliori possibilità di navigare in sicurezza verso acque inesplorate.