2015 MS Skylge EMISSIEMETINGEN 2015
Gemaakt door: -
Luite Bolhuis
-
Laurens-Jan Lagendijk
Datum: 10-7-2015
MS Skylge
2015
Voorwoord Dit rapport is geschreven in het kader van de tweede emissiemetingen aan boord van het algemene ladingschip MS Skylge voor het ‘Sail’ project. De vorm en inhoud van dit rapport zijn informatief. Het rapport kan gebruikt worden ter aanvulling en verduidelijking van de uitgevoerde emissiemetingen. Ook kan er naar het rapport gerefereerd worden in eventuele vervolgonderzoeken. Dit rapport is bestemd voor de rederij Ameland en Skylge shipping, het kenniscentrum maritieme techniek en overige geïnteresseerden. Dit werkstuk is tot stand gekomen dankzij aanbieding van Dhr. R. van der Meer en de begeleiding en organisatie door Dhr. R. Schurink. Deze willen wij in het bijzonder bedanken voor het mogelijk maken van de emissiemetingen. Tevens willen wij dank betuigen aan de kapitein en bemanning van het MS Skylge voor hun medewerking en het feit dat wij een week bij hen aan boord mochten verblijven. Leeuwarden, 10-7-2015
1
2015
MS Skylge Inhoud
Voorwoord .............................................................................................................................................. 1 Samenvatting........................................................................................................................................... 4 Verklarende woordenlijst ........................................................................................................................ 4 Symbolenlijst ........................................................................................................................................... 4 1.
Inleiding ........................................................................................................................................... 5
2.
Achtergronden ................................................................................................................................ 6 2.1.
De opdrachtgever .................................................................................................................... 6
2.2.
De uitvoerenden ...................................................................................................................... 6
3.
Doelstelling ...................................................................................................................................... 7
4.
Probleemstelling.............................................................................................................................. 7
5.
Vraagstelling .................................................................................................................................... 7
6.
Methode .......................................................................................................................................... 8
7.
Metingen ......................................................................................................................................... 9 7.1.
Meetapparatuur ...................................................................................................................... 9
7.2.
Voorbereiding .......................................................................................................................... 9
7.3.
Uitvoering ................................................................................................................................ 9
7.4.
Meetgegevens ....................................................................................................................... 10
8.
Resultaten...................................................................................................................................... 11 8.1.
Brandstofsample ................................................................................................................... 11
8.2.
CO .......................................................................................................................................... 11
8.3.
CO2 ......................................................................................................................................... 11
8.4.
NO .......................................................................................................................................... 11
8.5.
NO2 ........................................................................................................................................ 11
8.6.
NOx......................................................................................................................................... 11
8.7.
SOx ......................................................................................................................................... 11
9. 10.
Conclusies ...................................................................................................................................... 12 Aanbevelingen ........................................................................................................................... 12
Literatuurlijst ......................................................................................................................................... 12 Bijlagen .................................................................................................................................................. 12
2
MS Skylge
2015
3
2015
MS Skylge Samenvatting
Het doel van dit onderzoek is om het verschil in emissies voor HFO en MDO brandstof te bepalen. Dit rapport behandeld eerst de emissiemeting op MDO brandstof aan boord van het MS Skylge. Vervolgens worden de metingen vergeleken met de eerder uitgevoerde metingen op HFO brandstof. Uit het onderzoek kan geconcludeerd worden dat overstappen van HFO op MDO brandstof de emissies verminderd waarbij vooral de SO emissies aanzienlijk worden verlaagd.
Verklarende woordenlijst -
HFO MDO SECA Scrubber
Heavy fuel oil, zware stookolie Marine diesel oil Sulphur Emission Control Area’s Emissiefilter
Symbolenlijst -
CO Koolstofmonoxide, ontstaat bij onvolledige verbranding CO2 Koolstofdioxide, ontstaat bij volledige verbranding NO Stikstofmonoxide NO2 Stikstofdioxide NOx Stikstofoxiden, opgetelde emissies van NO+NO2, NO vervalt na verloop van tijd in de buitenlucht tot NO2 SOx Zwaveloxiden
4
2015
MS Skylge 1. Inleiding
Sinds 1 januari 2015 zijn in een deel van de Noordzee en de gehele Oostzee en Botnische golf de IMO SECA-normen van kracht. Dit betekend dat schepen in deze gebieden op brandstof met een maximaal massapercentage zwavel van 0,1% mogen varen. Bij de voorgaande meting voer het schip op HFO. Deze brandstof voldoet niet aan de SECA-normen voor het vaargebied waar het schip in vaart. Dit betekend dat de zwaveluitstoot beperkt moet worden door een zogeheten scrubber toe te passen of over te stappen op een zwavelarme brandstof. Op het MS Skylge is voor dat laatste gekozen. Als onderdeel van het project Sail zijn in mei 2014 aan boord van het MS Skylge van rederij Ameland shipping emissie metingen gedaan waarbij het schip op HFO voer. Hierbij is de uitstoot van CO, CO2, NO, NO2 en NOX gemeten. Vervolgens in aan de hand van het genomen brandstofmonster de SOX uitstoot berekend omdat de meetapparatuur dit niet kon waarnemen tegelijk met NO2. Vanaf begin 2015 zijn in het gebied waar het MS Skylge voornamelijk vaart nieuwe emissie normen van kracht die het gebruik van HFO uitsluiten wanneer men geen gebruik maakt van filtersystemen (scrubber) voor uitlaatgassen. Deze zogeheten SECA’s leggen restricties op aan het massapercentage zwavel (Engels: sulphur) dat in de brandstof mag voorkomen. Om aan de normen te voldoen is sinds begin 2015 overgeschakeld op MDO dit is een gedestilleerde olie waar onder andere minder zwavel in zit. MDO moet men niet verwarren met de diesel die men ‘aan de pomp’ koopt. Die diesel is een stuk ‘schoner’. Om een goede vergelijking te kunnen maken met de voorgaande emissiemeting op HFO aan boord van het MS Skylge en de nieuwe meting op MDO zijn de metingen uitgevoerd op hetzelfde traject (Rotterdam naar Tornio, (Finland)), in hetzelfde gebied en in hetzelfde jaargetijde.
5
2015
MS Skylge 2. Achtergronden 2.1.
De opdrachtgever
Kenniscentrum Maritieme Techniek, Maritiem Instituut Willem Barentsz, NHL Hogeschool Contactpersoon Ruurd van der Meer E-mail:
[email protected] Tel: 06-13446232
2.2.
De uitvoerenden
Derdejaars studenten aan de opleiding Maritieme techniek / Scheepsbouwkunde, Maritiem Instituut Willem Barentsz, NHL hogeschool. Ten behoeve van de invulling van zogeheten ‘vrije studiepunten’. Laurens Jan Lagendijk Email:
[email protected] Tel: 06-38417703 Luite Bolhuis. Email:
[email protected] Tel: 06-22817519
6
2015
MS Skylge 3. Doelstelling
Het doel van dit onderzoek is om de uitstoot van de MS Skylge op MDO te bepalen en deze te vergelijken met de voorgaande emissiemeting op HFO. Dit onderzoek moet uitwijzen wat de verandering in emissies is van MDO ten opzichte van HFO. Dit is een relevant vraagstuk omdat veel schepen de keuze moeten maken tussen de investering van een scrubber en het overschakelen op MDO. De uitkomst van dit onderzoek toont de milieutechnische verbetering aan, met betrekking op de uitstoot, bij het schakelen naar een schonere brandstof op het MS Skylge. Ook zal dit onderzoek aantonen of het schip aan de SECA norm voldoet.
4. Probleemstelling Om het verschil in emissies te bepalen moeten er meerdere metingen uitgevoerd worden en moeten verschillende gegevens verzameld worden. Aan de hand van deze gegevens kan bepaald worden wat de afname in emissies is.
5. Vraagstelling De gegevens van de emissie metingen worden omgerekend naar g/kWh omdat er dan een vergelijking gemaakt kan worden voor de uitstoot per geleverde energie. Met deze methode worden de emissies van CO, CO2, NOx (NO+NO2) en SOx bepaald en vergeleken met de voorgaande meting.
7
2015
MS Skylge 6. Methode
Om de uitstoot te kunnen bepalen moeten er meerdere gegevens gemeten, verzameld en verwerkt worden. Aan de hand van deze gegevens moet de emissie van het schip bepaald kunnen worden en moet een vergelijking gemaakt kunnen worden met de vorige emissiemetingen. Aan boord worden de gegevens bepaald met behulp van de op het schip aanwezige meetapparatuur en een koffer met specifieke meetapparatuur voor het bepalen van de emissies. De metingen zijn uitgevoerd door twee personen op verschillende locaties in het schip. Een persoon was voornamelijk op het schavot aanwezig en voert ook de metingen op de brug uit. De andere persoon voert de metingen in de machinekamer uit. De snelheden werden genoteerd door de kapitein die de wacht had op de brug.
8
2015
MS Skylge 7. Metingen 7.1.
Meetapparatuur
De metingen zijn gedaan met de ecom J2KN in het verslag wordt hiernaar gerefereerd als de ‘meetkoffer’. De meetkoffer bestaat uit verschillende elementen, de sonde die in de uitlaat wordt geplaatst, de kleinere temparatuursonde die in de buitenlucht wordt geplaatst. Voor het uitvoeren van de metingen zijn de filters in de meetkoffer vervangen voor nieuwe filters.
7.2.
Voorbereiding
Als voorbereiding voor de metingen heeft de begeleider R. van der Meer ons uitgelegd hoe de meetkoffer werkt en hoe deze ingesteld moet worden om de metingen uit te voeren. Ook zijn er ter voorbereiding drie proefmetingen gedaan. Dit heeft ervoor gezorgd dat we vertrouwd zijn geworden met de meetapparatuur. Deze metingen zijn niet meegenomen in de resultaten. Wel zijn deze resultaten gebruikt als test voor het vervaardigen van de rekensheets. Voor het uitvoeren van de metingen voert de meetapparatuur een kalibratie uit. Tijdens deze kalibratie ligt de meetsonde niet in de uitlaatgassen maar in de buitenlucht.
7.3.
Uitvoering
Het uitvoeren van een enkele meting duurt ongeveer 35 minuten. Hiervan worden de laatste 20 minuten van de meting gebruikt voor de resultaten, de overige tijd is om de motor te laten stabiliseren en voor het schip om een constante snelheid aan te nemen. Iedere seconde wordt er een meting gedaan door de meetkoffer. Het brandstofverbruik wordt om de 30 seconden gemeten en handmatig genoteerd. De snelheid van het schip wordt om de vijf minuten handmatig genoteerd.
9
2015
MS Skylge 7.4.
Meetgegevens
De meetgegevens worden opgeslagen op een SD-kaart en kunnen met een computer worden uitgelezen. De laatste drie minuten van de meting worden gebruikt voor de emissie resultaten. Voor het brandstofverbruik en de vaarsnelheid word het gemiddelde van de meting over 20 minuten gebruikt. Met de meetapparatuur worden de volgende gegevens gemeten: Gegevens Meetinstrument Locatie meting Brandstofverbruik Brandstofmeter MS. Skylge Machine controlekamer Tijdsinterval meting Horloge Machine brandstofverbruik controlekamer Toerental Toerenmeter MS. Skylge Brug/machine controlekamer Spoed schroef Telegraaf MS. Skylge Brug Snelheid over de grond GPS Brug Begintijd Meetkoffer Schavot Eindtijd Meetkoffer Schavot Zuurstofconcentratie Meetkoffer Schavot Temperatuur uitlaatgassen Meetkoffer Schavot Buitenluchttemperatuur Meetkoffer Schavot CO concentratie Meetkoffer Schavot NO concentratie Meetkoffer Schavot NO2 concentratie Meetkoffer Schavot Luchtdruk Meetkoffer Schavot
Eenheden [m3/h] [s] [RPM] [%] [kn] [hh,mm,ss] [hh,mm,ss] [%] [˚C] [˚C] [ppm] [ppm] [ppm] [hPa]
10
2015
MS Skylge 8. Resultaten
Bij het bekijken van de resultaten dient er rekening mee gehouden te worden dat het schip buiten het manoeuvreren vrijwel altijd op een motorvermogen hoger dan 80% vaart.
8.1.
Brandstofsample
Om de gegevens goed te kunnen verwerken zijn de brandstofspecificaties nodig. Hiervoor is een brandstofsample genomen zoals een schip bij het bunkeren verplicht is en deze is geanalyseerd. De resultaten van de brandstofspecificaties staan in bijlage I
8.2.
CO
De CO emissies op MDO brandstof zijn bij lage vermogens minder dan op HFO brandstof. Boven 90% motorvermogen is er geen verschil in emissies. De resultaten van de CO emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
8.3.
CO2
De CO2 emissies op MDO brandstof zijn bij alle vermogens hoger dan op HFO brandstof. Vanaf 85% motorvermogen is het verschil in emissies het grootst en is de uitstoot op MDO ongeveer 2,7% groter ten opzichte van de uitstoot op HFO. De resultaten van de CO2 emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
8.4.
NO
De NO emissies op MDO brandstof is tot ongeveer 80% motorvermogen nagenoeg gelijk met de emissies op HFO brandstof. Vanaf 80% motorvermogen is zijn de NO emissies op MDO lager. De resultaten van de NO emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
8.5.
NO2
De NO2 emissies op MDO brandstof zijn constant meer dan de emissies op HFO brandstof. De resultaten van de NO2 emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
8.6.
NOx
De NOx emissies bestaan uit de NO en de NO2 emissies bij elkaar opgeteld. Hierin hebben de NO emissies het grootste aandeel. De NOx emissies op MDO brandstof zijn tot ongeveer 82% motorvermogen hoger dan de emissies op HFO brandstof. Vanaf 82% motorvermogen is zijn de NOx emissies op MDO lager waarbij het grootste verschil van 8% minder emissies op MDO plaatsvind bij 100% motorvermogen. De resultaten van de NOx emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
8.7.
SOx
De SOx emissies op MDO brandstof zijn bij alle motorvermogens ongeveer 96% lager dan de emissies op HFO brandstof. De resultaten van de SOx emissies en de vergelijkingen met de voorgaande meting staan in bijlage II
11
2015
MS Skylge 9. Conclusies
Uit de resultaten kan geconcludeerd worden dat varen op MDO significante besparingen oplevert voor de SOx uitstoot. Ook zijn er duidelijke verminderingen van NOx emissies bij varen boven 82% motorvermogen en verbeteringen voor de CO2 emissies bij alle motorvermogens gemeten. De CO uitstoot is echter bij vermogens onder de 90% wel hoger op MDO brandstof.
10.
Aanbevelingen
Uit een emissieoogpunt bevelen wij aan de hand van dit onderzoek zeker aan om van HFO op MDO over te stappen om de emissies te verminderen. Een interessant vervolgonderzoek is om de uitstoot te vergelijken als er een scrubber op het schip is geïnstalleerd. Maar dit zelfde onderzoek zou ook uitgebreid kunnen worden door bij meerdere schepen te meten. Ook is het interessant om te bepalen wat de kosten zijn per vermindering van de emissies in bijvoorbeeld €/kg besparing.
Literatuurlijst Hansheinrich Meier-Peter, Frank Bernhardt (2009). Compendium Marine Engineering (1e druk). Hamburg: Seehafen Verlag P. van Maanen (2000). Scheepsdieselmotoren (1e druk) Harfsen: Nautech S.M.J. Nicolai, L. Bergsma, M.D. van der Meer (2014). Emissiemetingen M.S. Skylge. Terschelling: Kenniscentrum Maritieme Techniek.
Bijlagen -
Brandstofsample (bijlage I) CO emissies (bijlage II) CO2 emissies (bijlage II) NO emissies (bijlage II) NO2 emissies (bijlage II) NOx emissies (bijlage II) SOx emissies (bijlage II)
12
