船舶はどのようにしてゼロエミッション推進システムに移行できるのでしょうか?

ゼロエミッションの船舶推進は、近距離航路ではバッテリー電気、深海輸送ではグリーン水素燃料電池によって今日実現可能です。

この移行は単一のテクノロジーの交換ではなく、全体的なリエンジニアリングです。 200 海里未満の船舶には、陸上充電機能を備えたバッテリー電気システムが提供されます。 起床時から起床までの効率 92 ～ 96% 。外航船の場合、 液体水素 (LH2) と固体高分子燃料電池 (PEMFC) の組み合わせ 唯一のスケーラブルなゼロカーボン ソリューションを提供し、 CO2、SOx、PM排出量ゼロ 。ただし、LH2 は同じエネルギー含有量に対して船舶用ガスオイル (MGO) の 3.7 倍のタンク容積を必要とするため、燃料貯蔵および取扱いシステムの完全な再設計が必要になります。

単一の「ドロップイン」ゼロエミッション燃料は存在しません。実践的な経路を組み合わせる 緑色のメタノール (マースクの 16,200 TEU 船舶ですでに使用されています) アンモニア しかし、選択的触媒還元と組み合わせない限り、これらは依然として排気管で NOx または N2O を生成します。近沿岸船舶向けの最も成熟したゼロエミッション推進装置は、引き続き完全電気式です。 ノルウェーのヤラ・ビルケランド 6.5 ノットで充電あたり 120 海里を実証します。

付帯設備 船舶燃料としての液体水素（LH2）に必要な技術とその技術

LH2 を使用するには、燃料電池を超えた、バンカーから推進までの完全なエコシステムが必要です。安全で効率的な運用には 6 つの重要なサブシステムが必須です。

• 真空ジャケット付き極低温タンク – LH2 を -253°C に維持します。ボイルオフ率は 1 日あたり 0.2% 未満でなければなりません。現在の IMO タイプ C タンクは 0.1 ～ 0.15% を達成します。
• 冷熱回収システム – LH2の極低温エクセルギー（1kgあたり約1.2kWh）を空調または貨物の予冷に使用し、システム全体の効率を12～18％向上させます。
• 二重壁の気密換気マスト – 漏れの検出と分散の設計。水素の火炎速度 (2.7 m/s) には、IECEx/ATEX ゾーン 1 と評価された防爆ゾーンが必要です。
• 高圧極低温ポンプ (最大 700 bar) – LH2 を気化器に供給します。 流量500～2000kg/h 10 MW の推進力の場合は一般的です。
• 安全インターロックと水素炎検知器 – 応答時間は 3 秒未満。 IEC 60079-29 に従って紫外線/赤外線 (UV/IR) センサーが必要です。
• ボイルオフガス（BOG）管理 – 再液化 (エネルギーペナルティ 8 ～ 10%) または補助燃料電池への直接供給。 長期航海の場合、BOG は 48 ～ 72 時間ごとに燃焼または再凝縮する必要があります。 .

既存のディーゼル駆動機器を環境基準を満たすようにアップグレード: 実用的な改修経路

既存のディーゼルエンジンは償却されません。 3 つの改造階層により、交換コストの 30 ～ 60% で IMO Tier III および EPA 2027 規格に準拠できます。 NOx削減には、 選択的触媒還元 (SCR) システム 85 ～ 95% の削減を達成し、2000 年代のエンジンを 14 g/kWh から 2 g/kWh 未満に削減します。 SOxについては、 クローズドループスクラバー SO2 の 98% を除去しますが、苛性ソーダと汚泥の処理が必要です。オープンループ スクラバーは、2025 年の時点で世界の 80 港で禁止されています。

粒子状物質（PM）については、 ディーゼル微粒子フィルター (DPF) 硫黄燃料が 0.5% 未満のエンジンでのみアクティブな再生作業が行われます。そうでなければ、 燃料系触媒 (FBC) 燃料中水型エマルションと組み合わせると、PM が 50 ～ 60% 削減されます。具体的な例: Stena Line による 12 隻の RoPax 船舶の改修 SCR DPF により、NOx が 12.4 g/kWh から 1.8 g/kWh に、PM が 92% 削減され、エンジンあたり 85 万ユーロのコストがかかりました – 新しい二元燃料エンジンの設置の 38% .

• エンジン制御システムのリフラッシュ – 噴射タイミングを調整して NOx の生成を減らします (通常はクランク角を 2 ～ 4°遅らせます)。
• 可変バルブタイミング (VVT) の後付け – 燃焼ピーク温度を下げ、後処理なしで NOx を 15 ～ 20% 削減します。
• 高圧コモンレールのアップグレード – 複数のパイロット噴射を可能にし、騒音と NOx を 30% 削減し、燃料消費量を 5 ～ 7% 削減します。

ただし、25 年を経過したエンジンは収益が減少することに直面しています。 SCR改修後の1995年中速エンジンは依然として2020年のベースラインよりも8%高い燃料消費量を示しているため、過剰な尿素消費なしに排出制限を満たすために動作制限(例えば最大60%負荷)が課される可能性がある。

船舶推進システムを最適化して燃料消費量を削減: 実証済みの介入

燃料消費量の削減は、船体、プロペラ、エンジン、運航対策のポートフォリオです。 最も効果的なアクションは速度を下げることです。 速度を 24 ノットから 18 ノットに下げると、必要な出力が 58% 削減されます (出力 ∝ 速度 3 であるため)。 14,000 TEU のコンテナ船の場合、これにより節約できます。 1日あたり80～100トンの燃料 – 800ドル/トンのVLSFOで毎日64,000ドル相当。

スピードだけでなく、5 つの改修により 3 年未満の投資回収期間が実現します。

1. プロペラボスキャップフィン（PBCF） – ハブ渦損失を 2 ～ 4% の燃料節約により削減します。プロペラあたり約 20,000 ドルの費用がかかります。
2. プレスワールステーターまたは後流等化ダクト – プロペラへの水の流入を改善します。通常は 4 ～ 7% 節約されます (例: 三菱の Mewis ダクト)。
3. 空気潤滑システム（ALS） – 船体の下に気泡を注入します。 設計速度で 5 ～ 12% 節約 。 Silverstream Technologies は、25 隻の船舶で平均 8.5% を報告しています。
4. 船体コーティングを防汚シリコンでリニューアル – 粗さを 150 μm から 30 μm に低減します。燃料を 6 ～ 10% 節約します。 60か月ごとに申請してください。
5. トリム最適化ソフトウェア – リアルタイムの動的トリムにより抵抗が 2 ～ 5% 削減されます。多くの場合、回収は 6 か月未満です。

エンジン側の最適化には次のものがあります。 廃熱回収（WHR） 有機ランキン サイクル (ORC) を使用し、排気エネルギーの 8 ～ 12% を回収します。 ディレーティング （最大出力を電子的に制限）エンジンを最も効率的な負荷（通常、公称値の 75 ～ 85%）で動作させます。 50 隻のばら積み貨物船を対象とした 2023 年の調査では、ALS、PBCF、トリムの最適化、および 15% のディレーティングを組み合わせることで、 メインエンジンを交換せずに合計 24 ～ 31% の燃料を節約 .

港湾荷役設備の排出基準はどのように規制されているのか

港湾荷役機器 (CHE) – ヤードトラクター、リーチスタッカー、ゴムタイヤガントリー (RTG)、およびフォークリフト – が該当します。 非道路移動機械 (NRMM) 海洋IMO規則ではなく規制です。 EUでは、 ステージ V (規制 (EU) 2016/1628) 2019 年から適用され、56 kW を超えるエンジンの場合、PM は 0.015 g/kWh、NOx は 0.67 g/kWh に制限されます。米国では、 EPA Tier 4 ファイナル (40 CFR Part 1039) は、56 kW 以上のエンジンに対して PM ≤0.02 g/kWh および NOx ≤0.67 g/kWh を義務付けており、2015 年から完全に施行されます。

ただし、港ではますます採用されています。 地域の「グリーンポート」条例 国の基準を超えているもの。たとえば、 ロサンゼルス港のクリーンエアアクションプラン (CAAP) 2030 年までに 100% ゼロエミッション CHE が義務付けられており、オペレーターはバッテリー電気または水素燃料電池ユニットへの切り替えを余儀なくされています。 2025 年の時点で、ポーラの RTG の 42% はパンタグラフまたはケーブルリール システムを備えた電動式です。カリフォルニア大気資源委員会 (CARB) は、以下を通じてこれらを執行します。 月次運行報告書と車載テレマティクス 、違反したユニットごとに 1 日あたり最大 10,000 ドルの罰金が科せられます。

既存のディーゼル CHE の場合、コンプライアンス経路には次のものが含まれます。 エンジン交換 Stage V/Tier 4 認定ユニットを搭載 (コスト 30,000 ～ 80,000 ドル)、 DOC DPF による改造 （ディーゼル酸化触媒微粒子フィルター）PM90％削減を達成、または リチウムイオン電池への電力供給 – 初期費用は高くなりますが (リーチ スタッカーの変換には 150,000 ドル)、電気とディーゼルの違いにより運用コストが 70% 削減されます。港湾当局が通常提供するのは、 低排出ガス機器のインセンティブ : たとえば、ロッテルダム港の A-Sub スキームは、ゼロエミッション CHE 改修に対して 40% の協調融資を提供しています。