Skrubberns ekonomiska effekt

Transkript

1 Självständigt arbete Skrubberns ekonomiska effekt Författare: Martin Paulsson Program: Sjöingenjörprogramm Ämne: Självständigt arbete Nivå: 15 hp Handledare: Joakim Heimdahl Kurskod: 1SJ51I

2

3 Sjöfartshögskolan i Kalmar Utbildningsprogram: Arbetets omfattning: Titel: Författare: Handledare: Sjöingenjörprogrammet Självständigt arbete om 15hp Skrubber ekonomiska effekt Martin Paulsson Joakim Heimdahl Abstrakt Arbetet utreder kostnaderna samt utmaningarna kring en marin våt skrubber med avseende på de svavelkonventioner som finns inom sjöfarten samt de konventioner som träder i kraft 1 januari Som underlag ligger skrubberinstallationer som genomförts och tagit i bruk samt data från tillverkare och klassningssällskap. Undersökningens resultat visar att det finns utmaningar med en skrubber, men att de med dagens oljepris är ekonomiskt försvarbart att genomföra en installation om den är tekniskt möjlig för fartyget. Resultatet visar även att skrubbertekniken ännu är ny och under stor utveckling. Nyckelord: SECA, SO x, Svavelreducering, Skrubber. I

4 Kalmar Maritime Academy Degree course: Level: Title: scrubber Author: Supervisor: Marine Engineering Diploma Thesis, 15 ETC The economic impact of marine Martin Paulsson Joakim Heimdahl Abstract The work investigates costs and challenges with a marine wet scrubber with regard to the sulfur requirements in shipping as well as the requirements that will enter into force on 1 January As a basis, scrubber installations are implemented and put into use, as well as information from manufacturers and classification society. The survey results show that there are challenges with a scrubber, but that at today's oil prices it is economically justifiable to carry out an installation if it is technically possible on the ship. The result also shows that scrubbing technology is still new and undergoing major development. Keywords: SECA, SO x, Sulfur reducrion, Skrubber. II

5 Förord Vill rikta ett tack till de personer som hjälpt mig under arbetets gång med värdefulla riktlinjer och stort stöd. III

6 Definitioner och förkortningar SO x NO x IMO MARPOL MWh MEPC SECA Sludge PM 2,5 NaOH Retrofitt Svaveloxider Kväveoxider International Maritime Organization Marine Pollution Convention Megawattimme Marine Environment Protection Committee Sulphur Emission Control Area Slamrest från olja Partiklar mindre än 2,5 mikrometer Natriumhydroxid Installation på redan befintligt fartyg Loss of hire Förlorad inkomst HM DG Panna Huvudmaskin, framdriftmaskin Diesel generator, förser fartyget med el Utvinner termisk energi från olja IFO180 Bränsle med 180 centistoke vid 15 C IFO380 Bränsle med 380 centistoke vid 15 C MDO LSFO m/m Marine diesel oil Low-Sulphur fuel oil (<0,1% Svavel) Enhet, mass/mass viktprocent IV

7 Innehållsförteckning 1. Inledning Syfte Frågeställning Avgränsning Metod Litteratursökning Metodkritik 5 3. Olika skrubbersystem Torr Skrubber Våt Skrubber Closed-loop Open-loop Hybrid Installation av skrubber Skrubberns stabilitetspåverkan Vad skrubbern kräver av fartyget Korrosion Energiförbrukning Resultat Driftkostnad Installationskostnad Förtjänst Beräkningar Utan skrubber Open-loop Closed-loop Diskussion och slutsats Förslag till vidare forskning Litteraturförteckning 17 V

8

9 1. Inledning Oktober 2008 fastställde International Maritime Organisation (IMO) en skärpning av gränsvärdet för svavel i marint bränsle, den 1 januari 2015 trädde första revideringen i kraft, en sänkning från 4.50 viktprocent till 3.50 viktprocentsvavel. I SECA (svavelkontrollområde) områden innebär detta en sänkning av svavelinnehållet från 1.00 viktprocent till 0.10 viktprocentsvavel i bränslet. För övriga områden som ej inkluderas i SECA råder en gräns på 3.5 viktprocent svavel. Före 2018 ska IMO utvärdera tillgången på marint bränsle med 0.50 viktprocentsvavel, med utvärderingen som grund besluta IMO under MEPC 70 (Marine Environment Protection Committee) att användandet av marint bränsle över 0.50 viktprocent ej får överskridas den 1 januari 2020 och efter. En anledning till de sänkta svavelnivåerna är den stora påverkan svavelutsläpp till atmosfären har på miljön och människans hälsa. Avgasutsläpp från europeisk sjöfart står år 2011 för en ohälsokostnad på 52 miljarder Euro (CEEH 2011) där partiklar (PM 2.5 ) och svavelutsläpp står för en betydande del av den totala europeiska ohälsokostnaden. Sur nederbörd som är en påföljd av svavelutsläpp bidrar till försurning av jorden, sjöar, grundvatten och vattendrag. Ett sätt att möta utsläppskraven är att köra fartyget på lågsvavligt bränsle (svavelhalt <0.50% m/m) vilket är ett kostsamt val då priset på lågsvavligt bränsle tenderar att vara avsevärt högre än för högsvavligt bränsle (svavelhalt 0.50% m/m). En annan möjlighet att uppnå kraven och fortfarande använda ett bränsle med en högra svavelhalt är att installera en skrubber. Det finns i huvudsak 2 olika sorters skrubbers, våt samt torr skrubber som båda åstadkommer liknande resultat men med olika metoder. Oavsett vilken väg redaren väljer för att uppnå de nya utsläppskraven innebära det en ökad driftkostnad av fartyg. Att välja ett lågsvavligt bränsle har sina fördelar, man undviker den långa installationstiden som en skrubberanläggning innebär samt skrubberns negativa viktpåverkan på fartyget, som på vissa fartyg medför en reducerad lastkapacitet. 1

10 1.1 Syfte Arbetets syfte är att åskådliggöra kostnaderna med en marin våt skrubber. Är en nyinstallation lönsam i längden eller kommer skrubberns driftkostnad överstiga dess lönsamhet. 1.2 Frågeställning Vad är driftkostnaden av en befintlig skrubber? Denna fråga uppmärksammar kostnaderna med att driva sin skrubberanläggning. Vad är installationskostnaden av en marin skrubber. Här uppmärksammas kostnaden kring en installation. Var ligger förtjänsten i ett skrubbersystem? Frågan belyser var förtjänsten i en skrubberanläggning ligger, vid jämförelse med drift av lågsvavligt bränsle. 1.3 Avgränsning Skrubbers används i ett flertal system, till sjöss och iland. Därför begränsas detta projekt till våtskrubbers avsedd att reducera SO x utsläpp till atmosfär och som är avsedda för bruk ombord på fartyg. 2

11 SO X Skrubber Våt skrubber Torr skrubber Open-loop Hybrid Closed-loop Figur 1 Schema på olika skrubbers 3

12 2.0 Metod Arbetet bygger på vald frågeställning som har sin grund i befintlig konvention och kommande ändring i denna som tvingar sjöfarten att köra på lågsvavligt bränsle eller rena avgaserna från svavel. I arbetets begynnelse genomförs en noggrann undersökning angående de nya svavelgränserna innebörd och för konsekvenser för sjöfarten. För att besvara frågeställningen väljs en litteraturstudie som metod, som innebär att systematiskt söka, kritiskt granska och därefter sammanställa litteraturen inom ett valt ämne eller problemområde (Eriksson Barajas, Forsberg, Wengström. 2013). 2.1 Litteratursökning Den data som ligger till grund för resultatet har huvudsakligen skett genom elektronisk litteratursökning via internet. Sökord är utformad och vald ut efter den frågeställning som ska besvaras. Huvudsakligen har engelska sökord använts, då merparten av publicerade data är skriven på engelska. Svenska sökord används för att täcka den svenska information som finns inom området. Tabell 1 Engelska sökord samt antal träffar med respektive söktjänst. Nyckelord Faktisk sökning Google scholar Google SECA SECA ~Shipping Scrubber Scrubber ~Marine Open-loop Open-loop ~Scrubber Closed-Loop Closed-loop ~Scrubber Exhaust gas cleaning Exhaust gas cleaning ~Marine SO x emission SO x emission ~Marine Marine sulphur emission Marine sulphur emission MARPOL VI MARPOL VI Scrubber washwater Scrubber washwater ~Marine Scrubber energy Scrubber energy ~Marine Skrubber cost Scrubber cost ~Marine Tabell 2 Svenska sökord samt antal träffar med respektive söktjänst. Nyckelord Faktisk sökning Google scholar Google SECA SECA ~Sjöfart Skrubber Skrubber ~Fartyg Rökgasrening Rökgasrening ~Fartyg SO x utsläpp SO x utsläpp ~Fartyg Svaveldirektiv Svaveldirektiv ~Sjöfart Skrubber tvättvatten Skrubber tvättvatten ~Fartyg

13 Vid arbetets start var sökningarna breda och mycket information fans att tillgå. Information som anses mest relevant sorteras och sammanställs. Information som ej ansågs vara korrekt eller sakna relevans att besvara frågeställningen sorteras bort. Den väsentliga data presenteras i sin helhet och sammanställs i arbetet. Efter noggrann sökning anses det finnas tillräckligt med information att besvara frågeställningen. Information om effektbehov och arbetskostnad var svår att finna, efter analys från flera tillverkare och den information som finns att erhålla av dessa lyckas en simplifiering göras. 2.2 Metodkritik Då större delen av studiens data kommer från statistik och information insamlat via internet har det under hela studieförloppet källkritisk varit ett nyckelord. Internet är fritt och det är lätt för alla att publicera information utan någon vetenskap till grund. Det är det viktig att hitta tillförlitliga källor som informationen man finner bygger på. Fler sökmotorer kunde använts, då ekonomi och tid är begränsad ansågs Google och Google Scholar vara de som kunde tänkas ge mest information. 5

14 3. Olika skrubbersystem Skrubberns syfte är rökgasrening, då man renar avgaserna från svaveloxid och partiklar för att reducera utsläppen av dessa till atmosfär. På tankfartyg tillämpas skrubbers vid framställandet av inert gas. Då man vill ha ren inert gas tvättas gasen med en skrubber för att ej kontaminera lasttankarna och lasten. Det finns två huvudsakliga sorters skrubbers, våt- och torrskrubber. Våtskrubber delas därefter in i tre kategorier (se figur 1), open-loop. closed-loop och hybrid. Closedloop använder sig av färskvatten som renas för att återcirkulera i skrubbern och resterna samlas i en sludge tank. Open-loop använder vattnet som omger fartyget, där nytt vatten pumpas in i skrubbern medans det förorenade vattnet släpps ut utanför fartyget. En hybrid skrubber kombineras open och closed-loop så fartyget kan väja om man vill återcirkulera vattnet eller släppa ut det till sjöss. Följande ges en generell beskrivning av olika skrubbermetoder och system, var de förekommer och hur de fungerar. 3.1 Torr Skrubber Torr skrubbers används främst i landbaserad industri och finns som torr eller semi-torr system. För att reducera SO x föreningarna i avgaserna används ofta kalkgranulat (kalciumhydroxid, Ca(OH) 2 ) Figur 2 Beskrivning av torrskrubbersystem (Lloyd's Register, 2012) 6

15 som är en stark bas vilket reagerar med SO x föreningarna och bildar tillsammans gips (kalciumsulfat, CaSO 4 ). Kalkgranulat tillsätts löpande beroende av mängden avgaser, gips som bildas avlägsnas efter hand och förvaras i en separat tank. Kalkgranulatet har en rund form för att maximera arean av varje korn och därmed effektivisera processen. När föreningen mellan SO x och kalkgranulatet sker avges värme vilket man kan ta till vara. En fördel med denna skrubbermetod är att rening av andra ämnen än SO x är möjlig genom att ändra reaktant eller addera tillsatts som reagerar med de ämnet man vill reducera. 7

16 3.2 Våt Skrubber Den vanligast förekommande skrubbern till sjöss är den våta skrubbern, som finns i tre typer av våt skrubber som illustreras i figur 3 till Closed-loop. Figur 3 Beskrivning av ett slutet skrubbersystem (Lloyd's Register, 2012) Closed-loop är ett slutet system där färskvatten används. Färskvatten i sig är ej tillräckligt alkaliskt, därför tillsätts kemikalier. Vanligaste tillsatsen är natriumhydroxidlösning (NaOH). Färskvattenblandningen passerar skrubbern som en dimma där den reagerar med SO x föreningarna och bildar natriumsulfat. Blandningen fortsätter till en processtank där nytt färskvatten kan tillsättas, delar av vattnet i processtanken pumpas till vattenrening där slammet fortsätter till sludgetanken. Vattnet från reningen leds till en vattentank om fartyget ligger till kaj eller av annan anledning inte kan släppa ut vattnet, i annat fall släpps vattnet överbord tillsammans med skrubberns kylvatten. Innan processvattnet återförs till skrubbern kyls det. Nytt vatten tillsätts då en del processvatten förångas i skrubbern medans en annan del följer med till reningsverket (Lloyd s Register, 2012). Natriumsulfat, natriumhydrogensulfit och natriumsulfat är ämnen som bildas under drift, dessa bildas i olika mängder beroende av ph, tillgången av syre och vilka SO x föreningar som förekommer under reaktionen. Priset för NaOH ligger på ~500 /m 3 priset varierar något beroende på vart man köper det samt när. 8

17 3.2.2 Open-loop Figur 4 Beskrivning av ett öppet skrubbersystem (Lloyd's Register, 2012) En öppen skrubber använder sjövatten som arbetsfluid, om fartyget befinner sig i vatten med för låg salthalt är alkalinitet i vattnet inte tillräckligt för att rening ska fungera optimalt, i sådant fall tillsätts kemikalier för att optimera reaktionen. Det är havsvattnets alkalinit som binder SO x från avgaserna. Havsvatten pumpas till skrubbern där den finfördelas av ett antal spridare vilket skapar en vattendimma som öka arean på vattnet vilket skapar en effektivare process. Vattnet binder svaveloxid och för det med sig vidare för att renas innan det släpps överbord, det som inte släpps överbord leds vidare till en sludgetank där avfallet förvaras innan det lämnas i hamn. 9

18 3.2.3 Hybrid Den hybrida skrubbern är den mest komplexa våt skrubbers. Den kombinerar det öppna och stängda systemet. Vilket möjliggör för operatören att välja driftläge efter vilket farvatten fartyget befinner sig i. Många hamnar tillåter ej drift av öppna skrubbersystem i hamn. Figur 5-6 beskriver respektive driftläge av en hybrid våt skrubber. Vid drift med stängt system kan anläggningen arbeta effektivt i 2-3 dagar med samma tvättvatten. Figur 5 Beskrivning av ett hybrid skrubbersystem i öppet läge (Lloyd's Register, 2012) Figur 6 Beskrivning av ett hypbrid skrubbersystem i stängt läge (Lloyd's Register) 10

19 4.0 Installation av skrubber Installationskostnaden för en våt skrubber är högre vid retrofitt än vid nybygge. Installationen av skrubbern tar mellan 4-8 veckor (AMEC, S10.) vilket tvingar fartyget ur tjänst och är en stor faktor till varför retrofitt är dyrare. Installationstillfället kan läggas samtidigt som planerat underhåll av fartyget, då fartyg ligga under vissa perioder för planerat underhåll kan skrubberinstallationen ske under denna period, dock tenderar installationstiden av skrubbern vara längre än ordinarie varvsuppehåll. Val av skrubber spelar stor roll, det är betydligt dyrare att installera en closed-loop skrubber än en open-loop, detta då fler komponenter krävs vid closed-loop. Prisskillnaden mellan tillverkare skiljer sig åt, dock är detta en fast kostnad som kan bli synliggjord innan installationen påbörjas. Maskinstyrkan påverkar skrubberns storlek vilket även påverkar inköpspriset. 4.1 Skrubberns stabilitetspåverkan Skrubberanläggningens vikt har stor inverkan på fartygets stabilitet. Torrskrubbern är den typ som väger mest av de olika skrubbertyperna, vilket är den främsta orsakerna till att man inte tillämpar denna typ i någon stor utsträckning till sjöss. För ett fartyg med en maskineffekt på 20 MW ligger vikten av en torrskrubber på ~200 ton medans för en våt skrubber ligger det på ~45 ton (Lloyd s Register, 2012). Dock när våt skrubbern är i drift med fulla tankar är viktskillanden nästintill obefintlig. Fördelen med våt skrubbern är att större delen av vikten ligger långt ner i fartyget medans med en torrskrubber finns vikten relativt högt upp (AMEC, 2013). Beroende av fartyget storlek och maskinstyrka har skrubbern olika stor effekt på fartygets lastkapacitet, gemensamt för fartyg är att lastkapaciteten tenderar att minska vid installation av skrubber. 4.2 Vad skrubbern kräver av fartyget Korrosion Skrubbervatten är väldigt korrosivt vilket sätter stora krav på material som kommer i kontakt med vattnet. Även skrovet i närheten av skrubberutloppet kan påverkas av kraftig korrosion, fall där propellern tagit skada då skrubbervattnet koncentration varit för hög nära propellern. Material som rostfritt lämpar sig i skrubbern, det används främst till de större komponenterna som utsätts för större belastningar. GRE (glass reinforced epoxy) används i rör som coating och andra delar som är utsatta Energiförbrukning Energiåtgången för skrubbers skiljer sig beroende på storlek av systemet, om det är ett öppet eller slutet system. Ett slutet system kräver omkring 0,5% av maskineffekten gentemot ett öppet system som kräver 2,0% av maskineffekten. 11

20 5.0 Resultat I resultatdelen presenteras och analyseras det resultat som insamlad data bidragit till. Resultatet presenteras med beräkningsexempel där man med ett verkligt fartyg ger klarhet kring frågeställning och syftet med den. Var fråga besvaras under vars en rubrik där man går djupare in på svaret. 5.1 Driftkostnad Skrubberanläggningen kräver stor mängd energi för att pumpa runt vattnet den arbetar med, det är svårt att säga hur mycket energin skrubbern behöver, en bra riktlinje är 2 % vid open-loop och 0,5 % vid closed-loop av maskinens effekt. Ett fartyg med en maskineffekt på 20 MW förbrukar ~36 ton/dygn, där skrubbern används till HM, DG och panna där HM och DG tillsammans är på 20 MW, använder en open-loop skrubber 400 kw kontra en closed-loop som kräver 100kW. Ett ton IFO380 kostar 370 $/ton (Varierar från dag till dag) kostar skrubbern ~270 $/Dygn enbart i bränsle medans en closed-loop kostar ~70$/Dygn för bränslet och förbrukar ~0,048kg NaOH/kg bränsle (varierar något beroende av bränsle) vilket i detta fall med ett pris av 500 $/ton resulterar i ~864$/dygnet, ger closed-loop en driftkostnad av 934 $/Dygn vilket är dyrare än för en open-loop. Notera att avfallskostnaden ej är medräknad i closed-loop alternativet, då priset varierar från hamn till hamn. Underhållskostnaden för respektive skrubber är så gott som densamma, 0,31 $/MWh. Vilket i tidigare exempel resulterar i ~ $/år (150 $/dygn) vilket är betydande för driftkostnaden. 5.2 Installationskostnad Kostnaden för en skrubber styrs av skrubber typ, storlek samt om det görs på ett nybygge eller om det är retrofitt. Installera en skrubber på ett nybygge är billigaste alternativet, det ger även den längsta livslängden då skrubbern finns under hela fartygets livslängd. Retrofitt är dyrare, då installationen sker på ett redan befintligt fartyg vilket tvingar fartyget of hire (ur tjänst) en del av installationstiden, vilket leder till förlorad inkomst under den perioden. Skrubber typ skiljer sig något åt i priset, open- och close-loop ligger omkring $/kw. En hybrid skrubber är väsentligt dyrare $/kw vilket leder till att hybrid skrubber är svår att få lönsam. Dessa priser inkluderar inte loss of hire men är en bra riktlinje för nybyggen och retrofitt. 12

21 5.3 Förtjänst Hela konceptet med en skrubbar är att köra på ett billigare bränsle. Tar man tidigare exempel från 5.1 Driftkostnad där fartyget med en effekt på 20 MW där den dagliga kostnaden med ett öppet system är ~ $/Dygn med en bränsleförbrukning på 36 ton/dygn. Befinner sig fartyget i SECA utan skrubber tvingas man köra på lågsvavligt bränsle, LSFO är en vanlig typ av bränsle som har ett svavelinnehåll på <0,1 %. Kostnaden för LSFO är ~563 $/ton, det resulterar i en total kostnad på ~20 250$/dygn för fartyget. Med en väl fungerande skrubber kan man köra med IFO380 som innehåller <3,5 % svavel och kostar ~370 $/ton, det resulterar i en driftkostnad på ~ $/dygn utöver de som skrubbern förbrukar som var ~70 $/dygn för open-loop respektive ~934 $/dygnet för closed-loop. I detta exempel som kommer från ett existerande fartyg kommer besparingen med en openloop skrubber vara ~6 860$/dygn. Skrubbern på detta fartyg kostade $ och var en retrofitt. Med oljepriset som används kommer skrubbern betalt sig själv inom 2,4 år. 5.4 Beräkningar Nedan förtydligas de uträkningar som gjorts löpande i arbetet. P Maskin = Fartygets maximala maskineffekt [kw] P Open = Open-loop skrubber maxeffektförbrukning [kw] P Closed = Closed-loop skrubber maxeffektförbrukning [kw] B Fartyg = Fartygets bunkerförbrukning [ ] BK Open = Bunkerkostnad open-loop skrubber [ ] Bk Closed = Bunkerkostnad closed-loop skrubber [ ] UH = Underhållskostnad [ ] T Fartyg = Total operationskostnad utan skrubber [ ] T Open = Totala operationskostnad med open-loop skrubber [ ] T Closed = Total operationskostnad med closed-loop skubber [ ] 13

22 NaOH = Kostnad förbrukad kaustik soda [ ] NaOH Pris = Pris kaustik soda [ ] K 380 = Pris IFO380 K LSFO = Pris LSFO Utan skrubber Open-loop Closed-loop 14

23 15

24 6.0 Diskussion och slutsats Arbetets syfte var att utreda huruvida en skrubber är lönsam eller ej, detta då nya begränsningar träder i kraft år 2020 och begränsar svavelhalten i bränslet. Idag finns inget utbrett bränsle som ersätter IFO380 och IFO180. Det leder att arbetet får svårt att svara på huruvida en skrubber kommer att vara lönsam efter 2020, dock innan 2020 är det definitivt lönsamt med en skrubberinstallation, med en återbetalningstid på ~2,5 år av installationskostnad finns det en klar förtjänst att se över om ens fartyg rent tekniskt klarar att installera en skrubber. 6.1 Förslag till vidare forskning Öppen skrubberinverkan på miljön, hur påverkas miljön av att svavel pumpas ut i havet. Framtida bränslealternativ, bättre bränsle som innehåller mindre svavel hur de påverkar fartygen rent tekniskt. 16

25 7.0 Litteraturförteckning AMEC. (2013). Impact on jobs and the economy of meeting the requirements of MARPOL annex VI. Tillgänglig: (Hämtad ) CEEH. (2011). Assessment of health-cost externalities of air pollutuion at the national level lusing the EVA model system. Tillgänglig: (Hämtad ) Eriksson Barajas, K., Forsberg, C., & Wengström, Y. (2013). Systematiska litteraturstudier i utbildningsvetenskap. Stockholm: Natur & Kultur. ISBN: Lloyd s Register, (2012). Understanding exhust gas treatment systems, Lloyd s Regist. Tillgänglig: (Hämtad ) Scrubbers. (2015). Scrubbers An economic and ecological assessment. Tillgänglig: (Hämtad ) 17

26 Kalmar Tel Lnu.se 18 (26)