ECN onderzoekt uitstoot schepen, Meten is weten | Maritiem Nederland
Nieuws
De meetwagen van ECN en TNO, met van links naar rechts: Hein de Wilde, Aline Kraai en Arjan Hensen

ECN onderzoekt uitstoot schepen, Meten is weten

Bart Stam | woensdag 23 augustus 2006

In opdracht van Verkeer & Waterstaat brengt het Energieonderzoek Centrum Nederland in Petten samen met TNO Apeldoorn de uitstoot van roet, fijnstof, stikstofoxiden en zwaveldioxide in kaart.

“Ten opzichte van vrachtwagens heeft de scheepvaart grote voordelen,’’ zegt Hein de Wilde, terwijl hij diverse grafieken laat zien. De Wilde is als onderzoeker werkzaam bij de business unit Beleidsstudies van Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten. “Het brandstofverbruik van een binnenvaartschip is driemaal zo efficiënt als dat van het wegtransport. Met andere woorden: met dezelfde hoeveelheid diesel kan een binnenvaartschip driemaal zoveel vracht vervoeren als een truck. Daarom ben ik ook een groot voorstander van de binnenvaart.”

 

Maar volgens De Wilde en zijn ECN-collega’s Arjan Hensen en Aline Kraai, beiden werkzaam bij de business unit Biomassa Kolen en Milieu (BKM) van ECN, kunnen de hoge niveaus van schadelijke uitstoot het groene imago van de scheepvaart in gevaar brengen; het gevolg van de geringe aandacht voor milieumaatregelen, zoals schone brandstoffen en efficiëntere motoren. “De binnenvaart dreigt een grote achterstand op te lopen ten opzichte van het wegverkeer,” stelt De Wilde. “Dat komt doordat fabrikanten van vrachtwagens, onder druk van steeds strengere milieunormen als Euro IV en Euro V, steeds meer geld investeren in roetfilters, schonere motoren, zwavelarme brandstoffen, selectieve katalytische reductie (SCR) en overige DeNOx-technieken.”

 

Gemiddeld wordt de motor van een vrachtwagen elke vijf jaar vervangen, weet De Wilde, maar bij scheepsdieselmotoren gaat daar veel meer tijd overheen. De afschrijvingstermijn bedraagt vaak tien tot soms wel dertig jaar. “Moderne vrachtwagens zijn nu, zonder roetfilters, al schoner dan binnenvaartschepen,” zo heeft De Wilde berekend. “Op hun beurt zijn die weer veel schoner dan zeeschepen. De komende jaren zullen de vrachtwagens hun voorsprong op emissiegebied bovendien sterk uitbouwen.”

Onthutsend
Hoewel schepen al ruim tachtig jaar met (diesel)motoren varen, is er nog heel weinig bekend over de exacte uitstoot van bijvoorbeeld fijnstof, roetdeeltjes, zwaveldioxide en stikstofoxiden. De reden is even onthutsend als simpel: emissies waren tientallen jaren lang geen onderwerp van discussie in de scheepvaart. Op volle zee gebruikte men bij voorkeur de goedkoopste, dus smerigste stookolie die er voorhanden was, met maar liefst 4 à 5 procent pure zwavel. Tegenwoordig gaat het om stookolie met 27.000 ppm (parts per million) aan zwavel, oftewel 2,7 procent. Binnen de 12-mijlszone en in het zicht van de haven schakelen koopvaardijschepen over op iets minder vervuilende bunkerolie, maar het blijft troep met zo’n 10.000 ppm (1%). Binnenvaartschepen gebruiken van oudsher gasolie die met zo’n 2.000 ppm (0,2%) nog altijd veel vervuilender is dan de dieselbrandstof van vrachtwagens. In 2008 moet dit aantal zijn gedaald naar zo’n 1.000 ppm (0,1%).

 

Onderzoekster Aline Kraai geeft nog een reden waarom er maar zo weinig gegevens zijn over de uitstoot van schepen. “Het is niet zo dat je net als met een personenauto naar de rollenbank van TNO gaat om de uitlaatgassen nauwkeurig te meten. Bij een schip ligt dat allemaal wat ingewikkelder. Daarom gaat het – bij binnenvaart én zeevaart – om schattingen en enkele incidentele metingen.”

 

Door de toenemende aandacht voor zaken als klimaatverandering, het Kyoto-verdrag en in eigen land het Dossier Luchtkwaliteit, is de vervuilende rol van de scheepvaart plotseling een onderwerp van belang. Want vriend en vijand zijn het er inmiddels wel over eens dat schepen een aanzienlijk aandeel vormen van de totale uitstoot. Dat blijkt wel uit de statistieken. Arjan Hensen, specialist Luchtkwaliteit en Klimaatverandering bij ECN: Mensen denken vaak dat schepen niet in de buurt van woonwijken komen en daarom niet zoveel kwaad kunnen. Vergeet het maar. In het Rijnmondgebied bijvoorbeeld varen zeeschepen tot bijna in het centrum van Rotterdam. Ook de circa 4.000 binnenvaartschepen in ons land komen dicht langs bewoonde gebieden, zoals rond Rotterdam en Dordrecht, het Maas-Waalkanaal door Nijmegen en het Amsterdam-Rijnkanaal door Utrecht. Zo zijn er nog talloze voorbeelden te geven.”

 

De Wilde: “Je moet het aandeel van de scheepvaart in de emissies zien als een extra pannenkoek op de stapel. Van alle verkeerssegmenten is een bijdrage noodzakelijk om de stapel te verlagen, oftewel de concentraties in de lucht te laten dalen, zodat allerlei bouwplannen kunnen doorgaan.”

Rookpluim
Mede met het oog op het Dossier Luchtkwaliteit, wil de overheid meer inzicht krijgen in de milieubelasting door de scheepvaart. Vandaar dat het ministerie van Verkeer en Waterstaat (DG Transport en Luchtvaart) in januari en mei 2006 de aanzet gaf tot het ontwikkelen van een representatieve meetmethode, geschikt voor zee- en binnenvaart. Arjan Hensen: “We doen daarbij zogeheten ‘pluimmetingen’, waarbij we een meetwagen volstoppen met allerlei gevoelige apparatuur: windmeters, een GPS-systeem, speciale meetapparatuur voor kooldioxide, zwaveldioxide, stikstofoxiden, roet en fijnstof, en een on-line computernetwerk om de resultaten direct af te lezen. Kraai: “Daarmee kunnen we ter plekke de rookpluim van een voorbijvarend schip uitlezen. We gaan langs een drukke vaarweg staan en meten daar zoveel mogelijk stoffen in de pluim. De eerste metingen dateren van begin 2005 langs het Amsterdam-Rijnkanaal, waar we een dag lang alle voorbijvarende schepen hebben gemeten. Natuurlijk was die campagne nog niet optimaal, we hadden toen bijvoorbeeld geen gegevens over motorvermogen, brandstofverbruik en bouwjaar, plus de andere bronnen in de omgeving zoals bedrijven en wegverkeer. Maar omdat je op één dag al zestig schepen meet, geeft het toch wel een aardig beeld van de uitlaatgassen die de lucht ingaan.” Een jaar later hebben ECN en TNO de metingen herhaald bij de Dordtse Kil. De methode wordt de komende maanden verder verfijnd en moet eind dit jaar een grote set gemeten emissiegetallen hebben opgeleverd.

Meetbus
Naast het binnenvaartproject is er een zeevaartproject gestart. Om uitstoot van zeeschepen te meten, zijn Hensen en Kraai onlangs naar de Rotterdamse haven getrokken. Op een smalle landtong in Rozenburg, tussen het Calandkanaal en de Nieuwe Waterweg, hebben ze in hun meetbus een dag lang de emissies van zeeschepen gemeten. Hensen: “Bij zeeschepen gaat het om drie soorten metingen: emissies van de in- en uitgaande schepen, tijdens manoeuvreerbewegingen en die van stilliggende schepen. Dat laatste lijkt vreemd, maar schepen aan de kade gebruiken ook brandstof, onder meer voor airconditioning, verlichting en koeling. Uiteraard hebben we er bij de resultaten rekening mee gehouden dat we ons in industrieel gebied bevonden.” Hensen en Kraai hebben gelijksoortige metingen uitgevoerd in het Westelijk Havengebied van Amsterdam en langs het Noordzeekanaal.

 

De meetmethode is volgens betrokkenen nog niet optimaal. Hensen: “We moeten er nog voor zorgen dat het meetresultaat niet beïnvloed wordt door toevallige omstandigheden, zoals naburige industrieën of wegverkeer. Voorts hebben we te maken met het feit dat gassen gemakkelijker te meten zijn dan roetdeeltjes.” De Wilde vult aan: “Gassen als stikstofoxiden, kooldioxide en zwaveldioxide zijn relatief stabiel: de hoeveelheid die uit de schoorsteen komt, is dezelfde hoeveelheid die je registreert met de meetapparatuur. Roetdeeltjes daarentegen zijn veel diverser en dynamischer: ze veranderen nog als ze net uit de uitlaat komen en kunnen samenklonteren. Daar moet je rekening mee houden bij metingen op afstand.”

Stoominjectie
Behalve aan een goede meetmethode voor uitlaatgassen werkt ECN aan nieuwe technologieën om de scheepvaart schoner te maken. Zo startte de unit Biomassa Kolen en Milieu (destijds nog Schoon Fossiel geheten) in oktober 2000 met de zogeheten SJAC-technologie. Dit is een methode om via stoominjectie in het afgekoelde uitlaatgas van scheepsdieselmotoren roetdeeltjes af te vangen. Deze technologie ontwikkelt ECN samen met het Koninklijk Instituut voor de Marine (KIM). “Het is eigenlijk een spin-off van een eerder in Petten ontworpen apparaat voor het meten van gassen en deeltjes,” legt De Wilde uit. “Een paar jaar geleden is het idee ontstaan om de restwarmte van scheepsmotoren te gebruiken om de schadelijke, zeer kleine roetdeeltjes te vangen. Deeltjes van 20 tot 100 nanometer (nm), die diep in de longen kunnen doordringen, zijn namelijk heel lastig af te vangen. Door stoominjectie in de hete uitlaatgassen condenseert water op de roetdeeltjes. Deze groeien hierdoor aan tot circa 1.000 nanometer, zodat ze veel beter te verwijderen zijn. In dat geval komen ze niet langer in het milieu terecht en geen gevaar voor mens of dier.”
Intussen werkt men aan het opschalen van de SJAC-technologie voor inzet bij grotere motoren en aggregaten.

Bont pakket
Uiteraard zijn er meer partijen die iets proberen te doen aan de luchtvervuiling door schepen, met name de Europese Unie is hiermee volop bezig. Zo loopt van 2004 tot 2007 het programma Creating, waarbij 27 bedrijven en organisaties in zes lidstaten van de EU betrokken zijn. Het programma bestaat uit een bont pakket maatregelen om de scheepvaart op korte termijn veiliger, goedkoper en schoner te maken. Daarbij is rekening gehouden met technische mogelijkheden en economische belangen. Enkele technieken waar men in dit kader aan denkt, zijn: brandstofcellen, selectieve katalytische reductie (SCR) en andere DeNOx-installaties (om de hoeveelheid stikstofoxiden terug te brengen) en roetfilters. Een ander onderdeel van Creating is de bevordering van demonstratieprojecten. Zo is een veertig jaar oude sleepboot voorzien van een DeNOx-systeem (retrofit), vertelt De Wilde. Daarnaast is een nieuwe chemicaliëntanker uitgerust met een SCR DeNOx-systeem. Retrofit wil zeggen dat men de aanwezige scheepsdieselmotor grondig onder handen neemt, waardoor de motor er weer jaren tegen kan en bovendien veel efficiënter werkt, met lager brandstofgebruik en minder vervuiling als gevolg. Retrofit is vooral aantrekkelijk voor schepen die reeds beschikken over elektronisch motormanagement, waarmee ook de SCR DeNOx-installatie optimaal aan te sturen is.

Cruise control
De Wilde denkt dat het niet eenvoudig zal zijn om binnenvaartschepen op korte termijn een belangrijk schoner te maken. “Het gaat voor 80 à 90 procent om familiebedrijven. Deze binnenschippers hebben niet altijd geld om te investeren in dure, schonere motoren.” Daarom is het een goede zaak dat de overheid de helpende hand toesteekt, bijvoorbeeld via de VERS-regeling. VERS (Vervanging en Retrofit Scheepsdieselmotoren) is bedoeld om binnenvaartschippers financieel te stimuleren hun bestaande dieselmotoren vervroegd af te schrijven en te laten vervangen of aanpassen om ze schoner en eventueel energiezuiniger te maken. Verder bestudeert men in het Creating-project allerlei nieuwe brandstoffen en motoren. Zonder zich te willen vastleggen op de uitkomsten van een Creating-studie, geeft De Wilde een aantal mogelijkheden: “Gasmotoren zijn in de toekomst ook een zeer schoene optie, bijvoorbeeld op LPG-tankers. Technisch is het intussen al mogelijk om zeer schone schepen te bouwen, door inzet van reeds beschikbare nageschakelde technieken uit de trucksector (SCR DeNOx en roetfilters). Een andere mogelijkheid is de zogeheten adviserende tempomaat (ATM), enigszins vergelijkbaar met de cruise control in een personenauto. Het systeem bepaalt het optimale brandstofverbruik in relatie tot de gekozen snelheid. Voorts zouden schippers kunnen overschakelen op bijvoorbeeld laagzwavelige brandstof en biodiesel. Eerlijk gezegd vind ik de nieuwe Europese richtlijn voor binnenvaartschepen van 1.000 ppm in 2008 niet erg ambitieus, er is nu al veel meer winst te halen.”
De trucksector gebruikt nu al diesel met 10 tot 50 ppm zwavel Dit is belangrijk omdat roetfilters uitsluitend toepasbaar zijn in combinatie met deze lage zwavelgehaltes in de brandstof.

Hulpsysteem
Brandstofcellen acht De Wilde de komende jaren nog niet geschikt voor grootschalige toepassing aan boord. “Daarvoor is deze technologie nog niet ver genoeg ontwikkeld. De vermogens die ze kunnen leveren zijn nog te klein. Je zou ze misschien als hulpsysteem kunnen gebruiken, bijvoorbeeld ter aanvulling van de generatoren voor elektriciteitsvoorziening aan boord. Hetzelfde geldt voor de benodigde waterstof. Je hebt enorme hoeveelheden nodig om niet steeds te moeten tanken. Door het lage soortelijk gewicht nemen brandstoftanks aan boord heel veel ruimte in beslag. Ook productie van waterstof uit diesel, benzine of aardas via een reformer heeft zijn nadelen. Het is een technisch complex proces en er is meer rendementsverlies dan bij een dieselmotor.
Meer heil ziet De Wilde in ‘tussenoplossingen’ en de diesel-elektrische aandrijving (all-electric ship). De Wilde: “Aan boord plaats je diverse diesel power pacs en een brandstofcelsysteem. Bij lagere snelheden en tijdens ‘hotellast’, ’s nachts in havens, levert de brandstofcel zijn schone vermogen. Bij een toenemende vraag naar vermogen bieden de dieselpacks uitkomst. Dit zijn allemaal voorbeelden die duidelijk maken dat de technologische mogelijkheden voor een schonere scheepvaart nog lang niet zijn uitgeput.”

www.ecn.nl

Partners Maritiem Nederland