Achtergrond

Jan Gabriël, hoofd nieuwbouw en ombouwdienst DEME


Beschouw LNG als transitiebrandstof

Branche: Baggeren, Scheepsbouw | Auteur: Lennart Kik en Jan Spoelstra | Publicatiedatum:

Wie anno 2019 moet besluiten over de vermogensopwekking en brandstof op een schip met een levensduur van dertig jaar, kan de lange termijn doelen van de IMO en de Europese Unie niet links laten liggen. Jan Gabriël over de vraag hoe je met een gezonde business case toch klaar kunt zijn voor emissieloos varen in 2050.

De IMO stelt zich tot doel om in 2050 de helft CO2 uitstootreductie in de wereldwijde scheepvaart voor elkaar te krijgen ten opzichte van 2008. Volgens de publieke opinie en de Europese Unie gaat dat niet hard genoeg. De EU plaatst dan ook emissieloos varen in 2050 als stip op de horizon. Deze ambities zijn technisch en economisch uitdagend. Intussen vragen verschillende overheden aan offshore- en baggerbedrijven om liefst tegen zo gering mogelijke kosten grote offshore windparken aan te leggen. Om deze parken te bouwen zijn nieuwe schepen nodig, maar een business case voor een zwaar installatieschip op accu’s of waterstof valt niet te sluiten.

>>> Ontmoet Jan Gabriël op het Maritime Energy Transition Event op 14 maart in Rotterdam. Vergroot uw netwerk, wissel kennis uit en creëer leads voor duurzame business.

Dit is in een notendop de grote uitdaging waar Jan Gabriël, hoofd construction & conversion department bij DEME, mee te maken kreeg toen hij vanaf oktober 2014 een grootschalig nieuwbouwprogramma begeleidde bij het Belgische offshore- en baggerbedrijf. Tijdens het Maritime Energy Transition Event op 14 maart in het VNAB-gebouw in Rotterdam zal Gabriel hier ook uitgebreid op ingaan.

DEME koos er uiteindelijk voor om een groot deel van haar nieuwe schepen uit te rusten met dual fuel motoren, die op zowel vloeibaar aardgas als reguliere scheepsbrandstof kunnen varen. Gabriël: “Van de beschikbare fossiele brandstoffen veroorzaakt aardgas per opgewekte energie de minste CO2-uitstoot. Bovendien zal aardgas, of beter methaan, op lange termijn ook synthetisch aangemaakt kunnen worden op basis van waterstof en groene stroom, waardoor het een carbonneutrale fuel wordt.”

‘Als we aardgas later mengen met steeds meer groene methaan, ligt de weg naar een emissieloze scheepvaart open’

Gabriël deinst er niet voor terug een stip ver op de horizon te zetten. “Als je de ambitieuze doelen van de EU en IMO wilt halen, moet je in deze richting gaan denken. Groene stroom wekken we op met offshore windparken of vanuit zonne-energie waar we groene waterstof mee kunnen produceren. Door opslagproblemen is waterstof echter vooralsnog niet haalbaar als scheepsbrandstof als er een redelijke autonomie vereist is. Daarnaast verwachten we dat de komende jaren efficiënte industriële processen zullen toelaten om met groene elektriciteit CO2 uit de lucht (of via CCU)en groene waterstof synthetische brandstof te produceren. Zoals methaan – al dan niet vloeibaar gemaakt – en methanol. Deze hebben een koolstofneutrale levenscyclus. Dat moeten de energiedragers van de toekomst worden. LNG is een prima transitiebrandstof. Als we aardgas later mengen met steeds meer groene methaan, ligt de weg naar een emissieloze scheepvaart open.”

De beslissing om de nieuwe schepen uit te rusten met dual fuel motoren ziet DEME als een lange termijn investering. Gabriël: “Onder meer door de lage olieprijs van de laatste jaren is het moeilijk het verdienmodel rond te krijgen. Als de olieprijzen – en met name de prijs van low sulphur fuel – terug naar normaal gaan, is het verdienmodel gezond. We verwachten dat laagzwavelige brandstof vanaf 2020 (als de sulphur cap ingaat, red.) duurder zal worden. Er is geen reden waarom LNG op dat moment duurder zou worden. De wereldwijde beschikbaarheid van LNG is geen probleem. Het enige wat nog tegenvalt is de bunkerinfrastructuur. Die ontwikkelt zich mooi de laatste jaren, maar niet in het tempo dat wij graag zouden zien.”

In 2014 heeft DEME de ‘Minerva’ en de ‘Scheldt River’ besteld, de eerste sleephopperzuigers ter wereld die varen op LNG. Hoe kwamen jullie tot deze keuze?

“De investeringsbeslissing voor de bouw van deze schepen is gevallen in oktober 2014. Ruim voor die tijd is mijn afdeling begonnen met onderzoek naar technische antwoorden op de Marpol Annex VI-eisen voor de uitstoot van NOx en SOx. De eerste eisen zouden ingaan per 2015, dus we wisten dat we daar aan moesten voldoen. We zagen dit als een kans om hier vanuit nieuwbouw een goed antwoord op te bieden. De inzet van scrubbers vonden we vanaf de start geen goed idee. Een goede scrubber moet wat ons betreft ‘closed loop’ werken, waarbij je de SOx uiteindelijk terug aan wal brengt. De meest gebruikte scrubbers zijn de goedkopere ‘open loops’, waarbij je de rookgassen en de SOx in zee dumpt. Kort door de bocht gezegd: een kwestie van save the bird and kill the fish.”

“Dan kun je voor low sulphur fuels kiezen, maar wij wilden nog een stap verder gaan en niet alleen de uitstoot van SOx maar ook die van NOx en fijnstof belangrijk verminderen. Daar is een mature techniek voor: aardgas. Een bestaand schip retrofitten naar dual fuel LNG is technisch moeilijk, ook wat betreft de business case. Voor nieuwbouw vonden we dit haalbaar. In 2014 hebben we deze techniek voorgesteld voor twee nieuwe hoppers. De raad van bestuur is daarin meegegaan. Kort daarna is de beslissing genomen voor de bouw van de ‘Living Stone’, de kabellegger. Daar was DEME-dochterbedrijf Tideway ook een belangrijke vragende partij. Niet alleen omdat ze groen denken, maar ook omdat in Noorwegen – waar ze vaak werkzaam zijn – heel wat incentives bestaan om met lage emissie schepen te werken. Nog wat later is besloten ook installatieschip ‘Orion’ en de grote snijkopzuiger ‘Spartacus’ uit te rusten met dual fuel LNG-motoren.”

Was het moeilijk om de raad van bestuur te overtuigen?

“Onze afdeling heeft de techniek voorgesteld, maar er is ook regelgeving die de keuze voor LNG op de agenda brengt. Als je puur economisch redeneert is deze beslissing niet eenvoudig te maken. Wij wilden als DEME meer doen dan gewoon aan de regels voldoen. Het antwoord op deze uitdaging moest ‘future proof’ zijn, omdat ecologie en zorg voor het milieu ook kernwaarden van dit bedrijf zijn. We doen dit niet vanuit woordkramerij maar ook ‘to walk the talk’. De raad van bestuur staat achter deze keuze. Alain Bernard – onze voormalige ceo – heeft daar zeer belangrijk aan bijgedragen omdat hij de groene mindset van DEME altijd krachtig heeft vertegenwoordigd.”

– Hoe doen de Scheldt River en de Minerva het momenteel?

“Beide schepen hebben een paar kleine hick-ups gehad, maar die hebben ons nooit langer dan een paar uur van het werk gehouden. Eigenlijk kunnen we zeggen dat de garantiefase geheel normaal is verlopen. De nieuwe techniek aan boord heeft ons niet zuur opgebroken. De Minerva is op LNG in bedrijf gesteld en heeft korte tijd in Zeebrugge gewerkt. Nu is ze werkzaam in Argentinië. Daar gebruiken we het schip in dieselmodus, omdat er geen LNG beschikbaar is. Dat is anders bij de Scheldt River, die sinds de oplevering op LNG vaart. Toch zijn er ook verschillende dagen dat het schip op diesel vaart. Dat heeft vooral te maken met de bevoorrading van LNG. We hebben een heel eind stroomopwaarts op de Elbe gezeten. Daar was het heel moeilijk om te bunkeren. Het gas moest met half geladen vrachtwagens tot het schip worden gebracht, wat ook een effect had op de prijs. Als de Scheldt River op LNG vaart is dat probleemloos.”

Is ook de vermindering van de schadelijke emissies naar verwachting?

“De scheepsprestaties zijn als ontworpen. Als we een normale dieselmotor voorzien van andere nokkenassen en daar een dual fuel LNG-machine van maken, weten we dat er een terugval is van het maximum continu vermogen van ongeveer 20 procent. Om die reden zijn we in het ontwerp van een iets grotere machine uitgegaan. Qua varen presteert het schip geheel volgens het ontwerp en onze verwachtingen. De uitstoot van SOx is – naar verwachting – verwaarloosbaar. De vermindering van particle matter (fijnstof, red.) is volgens het boekje. En ook bij NOx is sprake van een belangrijke vermindering. In gasmodus is het schip IMO Tier III-compliant. De CO2-uitstoot is zoals verwacht 25 procent lager dan in dieselmodus. Maar als je gaat kijken naar CO2-equivalenten, waarbij je ook rekening houdt met methaanslip, dan is de vermindering lager dan 25 procent. De reductie is vooral minder als de machines laagbelast zijn, omdat er dan in verhouding met het opgewekt vermogen iets te veel methaanslip is. Dat doet een deel van de CO2-winst teniet.”

LNG-motoren stoten onverbrande methaan uit bij lage belasting. Hoe houd je het lekken van methaan onder controle?

“We zien dat motorenfabrikanten de laatste tijd goede technieken in de markt zetten die beschikbaar en technisch matuur zijn om methaanslip in belangrijke mate te drukken. Een daarvan is de zogenoemde ‘skip firing’-techniek. Wärtsilä verwacht deze techniek nog dit jaar of uiterlijk in 2020 vrij te kunnen geven. Stel, je hebt een motor van 12 cilinders die op 50 procent belasting draait. We weten dat die machine zeer weinig methaanslip heeft, als ze boven de 80 procent belast wordt. Bij een lage belasting neemt dat toe. Door in dat geval niet alle cilinders te ontsteken, kun je dit effect ondervangen. Het effect van ‘skip firing’ is dat de cilinders die in werking blijven hoogbelast zijn. Hierdoor wordt methaanslip fel gedrukt. Daarnaast is er een slim motormanagementsysteem dat de torsietrillingen onder controle houdt.”

“Er zijn verschillende technieken om de methaanslip in belangrijke mate te verminderen. Zo kiest een andere bekende fabrikant ervoor om de zuigerveren naar boven te brengen. Hiermee kun je de kamertjes verkleinen waar het onverbrande methaan achterblijft. Rolls Royce zet in een hybride oplossing. Verbrandingsmotoren die op aardgas lopen kun je combineren met batterijen. Als het gevraagde vermogen laag is, wordt de batterij aangesproken, zodat de dieselmotor niet hoeft te draaien of een of meer van de motoren kunnen worden stilgezet.”

En hoe staat het met de aandrijving van de bagger equipment aan boord?

“Er was een gelukkige samenloop van omstandigheden die de beslissing in oktober 2014 bespoedigde. Kort daarvoor gaf Wärtsilä haar dual fuel LNG-machines vrij voor directe aandrijving van de centrifugale baggerpomp. Anders dan dieselmotoren konden motoren die op gas draaien in het verleden niet omgaan met de enorme variatie in belasting die optreedt bij het gebruik van een baggerpomp. In september van dat jaar kwam Wärtsilä met het bericht dat ze dit probleem onder controle had. Het vrijgeven van deze oplossing opende nieuwe mogelijkheden. Op de Minerva en Scheldt River hebben we dieseldirecte aandrijving van baggerpompen en schroefassen. Op de Scheldt River maken we bijkomend gebruik van een bijzondere techniek, die bestaat uit een koppeling tussen tandwielkast en de schroefas. We kunnen de baggerpomp niet alleen met de verbrandingsmotor aandrijven, maar aanvullend ook met een elektromotor. Met andere woorden: een hybride pompaandrijving. Stel dat de dynamica van de pomp toch te hoog is voor de dieselmotor, dan kunnen we bij suppleren met de elektromotor. Die kan dan ook als ‘bron van inertie’ of als ‘peak shaver’ dienen. In de praktijk blijkt dit ook zo te werken. Bij de Minerva hangt de baggerpomp rechtstreeks via een tandwielkast aan de dieselmotor – en dat werkt ook.”

Wat is de invloed van de tweetraps tandwielkast die is geïnstalleerd in de Minerva en de Scheldt River?

“We hebben al jaren schroeven met een verstelbare spoed, maar samen met deze tandwielkast kunnen we behoorlijk wat brandstof besparen. Als we traag varen en we weten dat we niet enorm veel stuwkracht nodig hebben, gaan we op een lager toerental zitten. Dan dalen de ‘nullast verliezen’ met ongeveer 75 procent. Als de spoed groot gekozen kan worden, is de schroef het meest efficiënt als je dit kan combineren met een laag toerental. De tweetraps propulsie tandwielkast samen met de ‘combinator’ modus leidt bij nullast tot een veel kleiner verlies, maar ook bij een lage belasting kunnen we met een hogere efficiëntie werken. Over een complete baggercyclus komt de besparing van het totaal gebruikte vermogen aan boord op 10 à 15 procent, blijkt uit onze berekeningen. Als je heel lang rechtdoor moet varen aan maximale snelheid win je met deze truc niets. Als je veel aan het baggeren bent, loopt de besparing op tot 15 procent.”

‘Het inzetten van lage emissieschepen betaalt zich nog onvoldoende uit, maar het werkt wel positief’

Hoe zit het tegenwoordig met de beschikbaarheid van LNG?

“In Noorwegen, Nederland (GATE Terminal en in Amsterdam) en België (Fluxys Terminal) is LNG goed beschikbaar. Tankwagens kunnen LNG over heel noordwest Europa distribueren. Dat leidt wel tot extra kosten; het transport van de terminal tot aan de f lens op het schip maakt de brandstof twee keer zo duur in gebruik. Dat is jammer en problematisch. Met de komst van meer en meer LNG-bunkerschepen gaan ook die kosten omlaag.”

Is het economisch wel rendabel om nu op LNG te varen?

“Op dit moment nog niet altijd. Op middellange termijn verwachten we dat het verdienmodel een stuk aantrekkelijker zal worden. Belangrijk minder vervuilen heeft vanuit stakeholder management standpunt echter ook een waarde. Vanaf 2020 moeten schepen wereldwijd met een zwavelpercentage onder de 0,5 procent gaan varen. Samen met de regelgeving in ECA-gebieden zorgt dat voor een stijging van de brandstofprijzen. Mogelijk zijn we vanaf 2020 hierdoor goedkoper uit. Het is in onze optiek belangrijk er voor te zorgen dat schepen die we nu ontwerpen en laten bouwen, later ook zullen kunnen werken met (blends van) carbonneutrale fuels.”

In hoeverre komt de vraag naar het inzetten van lage emissieschepen bij jullie klanten vandaan?

“Veel te weinig nog. In Nederland loopt Rijkswaterstaat heel erg voorop met de CO2-prestatieladder. Dat is een goede tool die de klemtoon op het milieu zet. Onze klanten in offshore wind vinden het wel mooi dat we met een dual fuel LNG-schip gaan komen. Maar of ze al bereid zijn er meer voor te betalen is iets anders. Het inzetten van lage emissieschepen betaalt zich nog niet voldoende uit, maar het werkt wel positief.”

De Scheldt River vaart sinds de oplevering op LNG (foto: DEME)

Onderwerpen
Deel deze pagina
RUIM 21 JAAR BIJ DEME

In 1997 studeerde Jan Gabriël af als burgerlijk ingenieur Scheepsbouwkunde aan de Universiteit Gent. Een paar weken na zijn afstuderen was hij als superintendent actief in Venetië voor DEME. Achttien maanden werkte hij bij de Onderhoudsdienst van DEME. Naar eigen zeggen een boeiende tijd die hij vooral in droogdokken doorbracht. Vervolgens stapte hij over naar de afdeling Nieuwbouw en ombouw. En daar is hij nooit meer weggegaan.

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Partners Maritiem Nederland