SCR katalysator 2 Resultaten
BINNENVAARTINNOVATIEREEKS
Algemene resultaten
SCR (Selective Catalytic Reduction) katalysator brengt NOx-uitstoot drastisch terug In de zomer van 2003 is er een project uitgevoerd onder leiding van het Bureau Innovatie Binnenvaart (BIB) om de werking van een katalysator te demonstreren, die de uitstoot van stikstofoxiden (Nox) door scheepsdiesels aanzienlijk kan reduceren. Het project is mede mogelijk gemaakt door ondersteuning van het ministerie van VROM (Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu), middels het DEMOprogramma, dat wordt uitgevoerd door Novem, de Nederlandse organisatie voor energie en milieu. Er werd een SCR (Selective Catalytic Reduction) katalysator ingebouwd achter de scheepsmotor in de machinekamer van een nieuwbouw binnenvaarttanker, de Synthese 11 van rederij WijGuLa. Het Koninklijk Instituut voor de Marine (KIM) heeft tijdens het project de resultaten opgemeten van deze installatie. Het ministerie van Verkeer en Waterstaat gaf opdracht tot deze onafhankelijke metingen. Het doel van dit demoproject was aan te tonen dat toepassing van deze katalysator in de binnenvaart technisch mogelijk is, en kan leiden tot een aanzienlijke afname van de emissie van schadelijke stoffen. Daarnaast diende de demonstratie om te onderzoeken in hoeverre deze toepassing ook leidt tot besparing van brandstofkosten. Zoals bij de start van het demoproject SCR katalysator van het BIB al werd verwacht, blijkt het technisch mogelijk te zijn om de uitstoot van het schadelijke NOx naar nagenoeg ‘nihil’ te reduceren. Met het demoproject op de tanker Synthese 11 heeft het KIM door metingen aangetoond, dat het technisch mogelijk is om met de SCR katalysator de uitstoot van NOx terug
te brengen. Dit van 9,2 gram per kiloWattuur (g/kWh) naar 1,5 g/kWh. Dat is zelfs een halve gram per kWh minder dan de Euro 5 regeling (2 gram /kWh) ingaande 2008 voor de uitstoot van het wegvervoer voorschrijft. Naar het zich nu laat aanzien behoudt en vergroot de binnenvaart zelfs haar milieuvoorsprong in de verhouding tussen de uitstoot NOx en de vervoersprestatie, uitgedrukt in de zogenaamde ton/kilometer verhouding. Voor de binnenvaart geldt momenteel de emissie-eis dat de scheepsmotor niet meer dan 9,2 g/kWh NOx mag uitstoten. Dat is Fase 1 van de emissieeisen, zoals die sinds 1 januari 2002 van kracht zijn, uitgevaardigd door de Centrale Rijnvaartcommissie (CCR). Per 1 juli 2007 wordt die eis aangescherpt naar rond de 6 gram per kiloWattuur (g/kWh) in Fase 2, om later te worden gevolgd door Fase 3, die naar verwachting ongeveer op het niveau van de Euro 5 norm (2 g/kWh) voor het wegvervoer zal uitkomen. De Vereniging voor Importeurs van Verbrandingsmotoren heeft desgevraagd bevestigd dat om een dergelijke beperking van de uitstoot – dus onder de 2 g/kWh – van scheepsdiesels te realiseren, een buiten de motor geplaatste techniek, zoals een SCR katalysator, onvermijdelijk is. Dit systeem bestaat al geruime tijd en wordt al twintig jaar toegepast in elektriciteitscentrales. Siemens Nederland en de Duitse zusteronderneming hebben het systeem omgevormd naar het zogeheten ‘SiNox’ en bouwen het in serie voor mobiele dieselmotoren. In de toekomst wil men hiermee ook nog gecombineerd vergaand de emissie van fijnstof reduceren. De bedrijfstak binnenvaart en de WestEuropese overheden hebben gezamenlijk
Algemene resultaten
besloten om die uitstoot van de schadelijke stoffen door scheepsdieselmotoren te beperken. De belangrijkste vier stoffen zijn kooldioxide (CO2), stikstofoxiden (NOx) fijne roetdeeltjes (PM10) en VOS. De SCR katalysator kan een belangrijk instrument zijn om deze doelstelling te verwezenlijken. Omdat de reductie van NOx-uitstoot door deze nageschakelde techniek (SCR katalysator) zo drastisch is, is het weer mogelijk de motor zoals voorheen brandstofzuiniger af te stellen. Dan neemt de uitstoot van NOx vanuit de motor weliswaar toe, maar die NOx wordt zoals bekend in de uitlaat gereduceerd door de SCR katalysator. Door een optimale verbrandingsgraad van de motor wordt er minder brandstof verbruikt. Behalve tot een besparing op de brandstofkosten heeft dat ook een gunstig effect op de uitstoot van CO2, die daarmee omlaag gaat. Het KIM heeft dit effect tijdens het project opgemeten en doorgerekend. De brandstofbesparing is 2,1 procent bij maximaal vermogen. Bij lager vermogen neemt de besparing af. Het hangt dus voor een belangrijk deel af van het vermogen van de motor, dat wordt aangesproken tijdens de vaart, in hoeverre er daadwerkelijk besparing op de brandstof wordt gerealiseerd. Het is de verwachting dat na invoering van de fase 2 er door toepassing van de SCR katalysator een brandstofbesparing kan worden behaald van 4,5 a 5 %. Verwacht was dat deze besparing de kosten van ureum – noodzakelijk voor de werking van de katalysator – zou compenseren. Of en in hoeverre dat het geval is hangt samen met een groot aantal factoren. Vooral de huidige prijs van het ureum maakt een kostenneutrale exploitatie nog niet altijd mogelijk. Uiteraard bepaalt vooral de hoeveelheid ingekochte brandstof de mate van terugverdienen. De berekening van kosten en baten,
gesteld tegenover de milieuvoordelen vormen een ingewikkeld plaatje en zal voor elk schip verschillend zijn. Samengevat kan uit de resultaten van het demoproject worden geleerd dat de binnenvaart haar voorsprong op het wegvervoer ook voor wat betreft de emissie van Nox tot zal vasthouden en zelfs verder zal uitlopen. De aanschaf van een Sinox SCR katalysator is op dit moment nog niet in redelijkheid terug te verdienen. Dit zal naar verwachting bij de invoering van de fase 2 in 2007 echter wezenlijk anders komen liggen. De verwachting is dat door de marktwerking zowel de aanschafprijs van de SCR katalysator als ook de prijs van ureum zullen dalen. Vooral de VERS* stimuleringsregeling van de Nederlandse overheid zal drempelverlagend werken voor de Nederlandse binnenvaartondernemers om desondanks over te gaan tot de aanschaf en het gebruik van deze zeer milieueffectieve maatregel. De vraag is niet zozeer of maar veel meer wanneer de SCR katalysator massaal doorbreekt in de binnenvaart. De binnenvaart zal uiteindelijk aan dezelfde kWh normen moeten gaan voldoen als het wegvervoer. Eén belangrijke kanttekening moet hierbij worden gemaakt, namelijk dat bij het gebruik van één kWh een binnenvaartschip veel meer tonnen vervoert dan een truck en dus de truck in de beperking van de uitstoot van schadelijke stoffen nimmer een schip zal kunnen evenaren.
*VERS stimuleringsregeling staat voor de regeling Vervanging en Retrofit Scheepsdieselmotoren die naar verwachting in het eind 2003 zal worden gepubliceerd in de Staatscourant.
De meetresultaten
De metingen aan boord van de Synthese 11 werden op verzoek van het ministerie van Verkeer en Waterstaat gedaan door het Koninklijk Instituut voor de Marine (KIM), dat aansluitend ook een berekening voor het economisch rendement maakte. Gemeten werd bij een vaarprofiel met gemiddeld vermogen van 471 kW (69 procent) en een gemiddelde snelheid van 10.8 km/u. De brandstofkosten bedragen in dit rekenmodel 20 eurocent per liter. De 32,5 procent ureumoplossing kost 30,8 eurocent per liter. Er wordt 2,11 gram ureumoplossing per gram verwijderde NOx gebruikt. Er zijn drie situaties onderzocht, met een overeenkomstig aantal vaaruren en gemiddelde snelheden: 1. Een motor die voor brandstofverbruik is geoptimaliseerd en meer NOx produceert dan is toegestaan volgens fase 1 van de CCR. De kosten van het brandstofverbruik komen dan per jaar uit op 91.069 euro. Omdat er relatief veel NOx moeten worden ‘verwerkt’ door de katalysator, kost dit aan ureum 10.957 euro per jaar. 2. Een motor die wel NOx produceert zoals is toegestaan door de CCR-eisen voor fase 1. De kosten van brandstofverbruik zijn dan hoger: 92.520 euro. Omdat er minder NOx hoeft te worden geneutraliseerd, is het gebruik van ureum lager: 6.727 euro per jaar. 3. Ervan uitgaande dat de motor al zou voldoen aan fase 2 van de CCR-eisen voor NOx-uitstoot (met als gevolg een drie procent hoger brandstofverbruik), vallen de brandstofkosten nog hoger uit (95.295 euro per jaar) en dalen de kos-
ten van ureumverbruik naar 3.628 euro per jaar. Daarbij zij vermeld dat de NOx-uitstoot door gebruik van de katalysator in alle gevallen lager uitkomt dan elke eis die momenteel in het verschiet ligt voor de maximale uitstoot van NOx in zowel wegvervoer als binnenvaart. Echter, het rekenmodel toont ook aan dat de brandstofbesparing van de huidige motor (1.451.-- euro/jaar) niet opweegt tegen de meerdere ureumkosten (4.230.- euro/jaar). Ook ingeval van een fase 2 motor met nog eens 3% meer brandstof is de brandstof besparing van een fase 0 motor (4226.-- euro/jaar) niet hoger dan de meerdere ureumkosten (7329.-euro/jaar). In deze berekeningen zijn niet meegenomen de afschrijving van de investeringskosten van de SCR reactor, de initiële vulling, een doseringsinstallatie en een NOx meetinstallatie plus een meetkast. Bovendien moet ook met vervanging van de keramiek in de katalysator en het jaarlijkse onderhoud van de hele installatie worden gerekend.
Deelnemer
Siemens
Siemens deed waardevolle ervaring op met demoproject Het SINOx® SCR-systeem van Siemens Nederland en Argillon in Duitsland levert een substantiële bijdrage aan de vermindering van de milieubelasting door uitlaatgassen. Door een chemische reactie – veroorzaakt door inspuiting van reagens – worden stikstofoxiden omgezet in stikstof en water. Centraal in het SINOx® SCR-systeem is een keramische katalysator van titaanoxide met als werkend bestanddeel vanadiumpentoxide. Er wordt over een SCR katalysator gesproken alsof het over één product gaat. Het is echter een installatie, bestaande uit een drietal hoofdcomponenten: een besturingskast, een doseringsunit en een katalysator. De besturingskast en de daarin gemonteerde PLC worden aangepast aan het aantal dieselmotoren, want het is mogelijk meerdere voortstuwingsmotoren op één katalysator aan te sluiten (of om beurten een voortstuwingsmotor en een generator). Dit kan dus per schip anders zijn. Natuurlijk wordt hier standaardisatie, ook van de software, zover mogelijk doorgevoerd. De doseringsunit, altijd geleverd per diesel, is afhankelijk van het vermogen van de dieselmotor en de te bereiken reduceringsfactor. Hier is/wordt een vermogen afhankelijke standaardisatie doorgevoerd. De katalysator is een ander verhaal. Hier geldt allereerst, dat ook weer het vermogen van de dieselmotor en de reduceringsfactor bepalend zijn voor de grootte van de katalysator. Echter hier speelt de beschikbare ruimte een belangrijke rol. Afhankelijk hiervan kun-
nen Siemens en Argillon de bouwvorm van onze katalysator in lengte en breedte (binnen grenzen) aanpassen. Nogmaals, ook hier wordt een standaard ontwikkeld, echter deze zal in veel gevallen, gelet op de bijzondere omstandigheden van het bestaande schip, niet toegepast kunnen worden. Kortom: standaardisatie zover dit mogelijk is, echter flexibiliteit blijft zeker een zeer belangrijke factor. Het demoproject heeft Siemens veel ervaring in de binnenvaart opgeleverd. De toekomstige SCR installaties voor de binnenvaart zullen daar voor een aanzienlijke lagere prijs kunnen worden gerealiseerd. Siemens/Argillon acht zichzelf niet in de positie om subsidie te verlangen van de overheid, maar benadrukt wel dat weinig binnenvaartondernemingen zullen overgaan tot dergelijke investeringen als er geen regelgeving is, respectievelijk als er geen subsidie tegenover staat om een en ander te stimuleren. Siemens is zeer tevreden met het demoproject. De installatie heeft bewezen dat het goed mogelijk is, om op een nieuwbouwschip de Nox waarde onder de 2 gr/kWh te brengen. Verder benadrukt Siemens de goede manier van samenwerking tussen alle partijen, van rederij tot leverancier en van subsidieverstrekkers tot de scheepswerf.
Hydro Gas and Chemicals
Deelnemers
Hydro Gas and Chemicals zoekt optimale distributie Bij het gebruik van het ureum in de katalysator deed Hydro Gas and Chemicals positieve ervaringen op. Wel wordt nog gezocht naar de optimale distributie van het ureum Er is intensief overleg gevoerd met rederij Wijgula over de levering van het ureum aan het schip want er deden zich problemen voor bij de levering van ureum op laad- en losplaatsen van het schip. Waarschijnlijk zou het ureum het beste via de reguliere infrastructuur van bijvoorbeeld de bunkerstations aan de scheepvaart geleverd kunnen worden. De Synthese 11 gebruikt ongeveer 1 liter ureum op elke 40 liter gasolie. Of het distributiesysteem zo wordt opgezet hangt samen met de hoeveelheid sche-
pen die worden uitgerust met een SCRkatalysator, waarvoor ureum benodigd is om het systeem van NOx-reductie te laten werken. Er is geen ander product dat ureum kan vervangen in de katalysator. Het ureum voldoet precies aan de gestelde eisen. Wordt daarvan afgeweken, dan bestaat de kans op verontreiniging van de katalysatorelementen. Hydro Gas and Chemicals is als leverancier van Ureum niet van plan zelf een infrastructuur op te zetten om ureum aan de scheepvaart te gaan leveren. Wel wil Hydro samen met het Bureau Innovatie Binnenvaart kijken of er op projectbasis gekeken kan worden naar de meest optimale distributie van ureum ongeacht de leverancier.
Geveke Motoren
Geveke Motoren: een geslaagd project Voor Geveke Motoren uit Papendrecht, de leverancier van de Caterpillar 3512 voortstuwingsmotor in de Synthese 11, is het demonstratieproject met de SiNox katalysator geslaagd. De katalysator doet wat hij moet doen: een forse reductie van Nox-uitstoot. Geveke en Caterpiller hebben het milieu hoog in het vaandel staan en besteden jaarlijks vele miljoenen in de research voor verlaging van de emissie van schadelijke stoffen. Dat gebeurt onder andere via speciale inspuitsystemen, koeling en uitlaatgascirculatie. Geveke heeft zich door de deelname in het demoproject van BIB een voorstander van deze milieuvriendelijke aanpak getoond. Het bedrijf heeft ervaring met de NOx reductie bij moto-
ren die in land- en tuinbouw (vooral die laatste) worden ingezet. De Nox-reductie in de binnenvaart zal volgens de huidige stand der techniek nageschakeld blijven. Het is niet mogelijk de katalysator te integreren in de motor zelf. Het is wellicht wel mogelijk om de controle over de katalysator in het motormanagement op te nemen. Het afstemmen van de motor op de katalysator ziet Geveke zeker als zijn taak. Voor de katalysator zou Geveke dan ook als agent op willen treden. Er is volgens Geveke een markt voor om de motor en de katalysator te combineren. Daarover wil Geveke praten met Siemens en wellicht ook met andere leveranciers.
Deelnemer
Wijgula
Rederij Wijgula: een vlekkeloos project Wat rederij Wijgula uit Druten aangaat, is het demoproject vlekkeloos verlopen. Wijgula stelde de nieuw gebouwde chemicaliëntanker Synthese 11 beschikbaar voor het project. Hoewel de aanvoer van het ureum in de aanvangsfase wel bewerkelijk was en nog is, is Wijgula tevreden. Naar de katalysator zelf hadden de medewerkers aan boord geen omkijken. De Synthese 11 zal ermee blijven varen. Er wordt een winst gerealiseerd in het brandstofverbruik, maar dat is niet voldoende om uit het gebruik zelf winst te halen, want de kosten van het ureum zijn nog te hoog. Wijgula is niettemin enthousiast, omdat op deze wijze de scheepvaart in staat is opnieuw het milieu een dienst te bewijzen. Het is immers door de inzet van een katalysator relatief eenvoudig om een optimaal milieuresultaat te behalen. Voor Wijgula zelf is er moeilijk echt economisch voordeel uit te halen. De overheid zal hoe dan ook een rol blijven spelen bij de toepassing van de katalysator in de binnenvaart. Enerzijds door (internationale) regelgeving, anderzijds door het aanschaffen van de katalysator
mogelijk te maken middels subsidies. Bovendien moet hier opgemerkt worden dat de CCR welwillend heeft ingestemd met de gewijzigde afstelling van de motor, die zonder katalysator niet meer zou hebben voldaan aan de CCR-normen. Rederij WGL Tankvaart in Druten is onderdeel van Imperial Logistics International GmbH & Co. KG in Duisburg. Sinds de oprichting in 1922 heeft Wijgula BV zich ontwikkeld tot één van de toonaangevende binnenvaartrederijen, gespecialiseerd op het gebied van vervoer van verschillende vloeibare producten. Wijgula beschikt over een vloot van 35 tankschepen variërend in grootte en uitrusting. De vloot omvat een totaal laadvermogen van 42.000 mt met een tankvolume van 34.000 cbm.
Bezoek onze website: innovatie.binnenvaart.nl
-
downloaden documentatie uitgebreide innovatie ducumentatie nuttige adressen innovatiesubsidiewijzer links nieuws
Voor meer informatie over dit project kunt u contact opnemen met:
Bureau Innovatie Binnenvaart Vasteland 12e 3011 BL Rotterdam Tel.: 010-4141118 Fax: 010-4129091
[email protected] www.innovatie.binnenvaart.nl
