La potencia de la depuradora de HFO en un buque debe determinarse a partir del caudal de gases de escape que debe tratar, la potencia y el régimen de los motores conectados, el contenido de azufre del combustible y el nivel de reducción de SOx exigido. La depuradora, también denominada sistema de limpieza de gases de escape o scrubber, limpia el azufre del humo antes de que sea liberado.
La potencia eléctrica del sistema no se expresa únicamente como una relación fija con la potencia propulsora del buque, porque depende de los ventiladores, las bombas, los sistemas de tratamiento del agua y los equipos auxiliares. Para estimar correctamente sus necesidades deben analizarse por separado los motores principales, los motores auxiliares y las condiciones de operación del buque.
Por qué se utilizan depuradoras con HFO
La nueva regulación, que entrará en vigor el 1 de enero del 2020, limitará el límite de azufre en el combustible marino del 3.5% al 0.5%, a menos que los barcos estén equipados con sistemas de limpieza de gases de escape (depuradores comúnmente conocidos), que limpian el azufre del humo antes de que sea liberado.
La diferencia entre el combustible HFO y LSFO sería de $250 por tonelada, más cerca IMO 2020. Sin embargo, el combustible con bajo contenido de azufre tiene un costo, y se espera que la diferencia de precio entre el estándar actual de la industria, el fuelóleo pesado (HFO) y el LSFO (fuelóleo con bajo contenido de azufre) sea de unos $ 250 por tonelada.
Dados los costos sustanciales involucrados, la bancarrota podría ser una amenaza real para los transportistas marítimos si no recuperan el costo adicional de IMO 2020 de sus clientes. Tanto Maersk como Hapag-Lloyd salieron temprano para decir que tenían la intención principal de consumir LSFO en sus recipientes, argumentando que los depuradores no eran la respuesta a largo plazo.
Sin embargo, varios de sus pares, incluidos MSC, Evergreen y HMM, tomaron una visión posiblemente más pragmática y a corto plazo para mitigar el límite de azufre que cambia el juego, adquiriendo depuradores para muchas de sus naves.
Qué determina la potencia necesaria de una depuradora
La potencia requerida por una depuradora se relaciona principalmente con la cantidad de gases de escape que atraviesa el sistema. El caudal depende de la potencia del motor, del consumo específico de combustible, del régimen de carga y del tipo de motor.
En un buque pueden existir varias fuentes de gases de escape: el motor principal, los motores auxiliares y, en determinados casos, otras unidades de combustión. Por esta razón, una depuradora dimensionada para la propulsión no necesariamente cubre toda la demanda de los generadores auxiliares.
La potencia de los motores auxiliares se puede conocer o estimar a partir del sistema bin. Bin es una medida del porte, tamaño o capacidad de carga del barco medida en GT, DWT, TEU, cm3 o eslora.
Según la flota o el tipo de barco considerado, se utiliza un bin específico; ello tal y como se establece en el Anejo I del Inventario IMO de Emisiones GHG y otras Sustancias Relevantes (3º Estudio IMO sobre GHG, 2014).
Relación entre potencia de motores y demanda eléctrica
Efectivamente, en la tabla 8 de ese mismo anejo se especifica la potencia de los motores auxiliares según el tipo de barco, el bin y el tipo de actividad que realice el barco: en atraque, fondeado, maniobrando o en el mar.
Los buques, durante el tiempo que permanecen atracados en puerto, obtienen la energía que necesitan para su consumo propio: movimiento de rampas dentro de las bodegas refrigeración de los contenedores con mercancías perecederas climatización del pasaje iluminación interior otros , mediante generadores movidos por motores de combustión auxiliares que se alimentan de combustibles fósiles.
Este consumo auxiliar también influye en el dimensionamiento de la depuradora cuando los gases de los generadores se conducen al sistema de limpieza. La potencia eléctrica de bombas y ventiladores debe añadirse a las demás cargas de la cámara de máquinas.
| Parámetro | Influencia en la depuradora |
|---|---|
| Potencia del motor | Determina el caudal de gases de escape que debe tratarse. |
| Tipo de buque | Permite estimar la potencia de los motores auxiliares. |
| Bin | Representa el porte, tamaño o capacidad de carga del barco. |
| Actividad | La demanda cambia en atraque, fondeado, maniobrando o en el mar. |
| Combustible | El contenido de azufre condiciona la carga contaminante que debe eliminarse. |
Estimación de emisiones asociadas a los motores auxiliares
Esta metodología se aplica a la estimación de las emisiones de gases de efecto invernadero GHE, es decir, fundamentalmente a las emisiones de CO2. Además también se estiman las emisiones de otros gases y partículas que reducen la calidad del aire en las ciudades donde se situa el puerto y perjudican la salud de sus habitantes con residencia próxima al lugar de los atraques.
La metodología aplicada para la estimación de emisiones de CO2 es la contenida en el documento IMO Inventories of emissions of GHGs and other relevant substances (Third IMO Greenhouse Gas Study 2014). Los resultados se presentan en forma de mapas de emisión de contaminantes
Los datos requeridos para elaborar mapas de emisión de contaminantes y CO2 de los buques durante el tiempo de atraque en los puertos son los siguientes:
- Datos de estadía de los buques: horas que permaneció el barco amarrado en puerto en el año 2016.
- Porte de los buques (en diferentes unidades de medida según flota): Gross Tonnage (GT), DWT, eslora o TEU.
- Tipo de buque: a partir de este dato, junto con el tamaño del buque, se estiman la potencia de los motores auxiliares utilizando las tablas del 3º Estudio IMO sobre GHG de 2014.
Estos datos han sido proporcionados por los dos socios del Preyecto OPPE y MARINE TRAFFIC.
Ecuación de cálculo
Una vez conocida la potencia de los motores auxiliares y las horas de estadía se calculan las emisiones para los diferentes gases contaminantes utilizando la fórmula:
Ei = AE * t * FEi
- E emisiones del contaminante i (toneladas de contaminante)
- AE potencia de los motores auxiliares (kW)
- t tiempo (horas)
- FE factor de emisión de cada contaminante (t/kWh)
La misma relación permite comprender la carga que debe soportar el sistema de limpieza: cuanto mayor sea la potencia de los motores y más tiempo funcionen, mayor será el volumen de gases y la masa de contaminantes que atraviesa la depuradora.
Factores de emisión considerados
Los factores de emisión listados más abajo se han deducido a partir de las dos fuentes siguientes: EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2016 IMO (EEA). Energy Demand and Exhaust Gas Emissions of Marine Engines. Technical University of Denmark (TUD). , y asumiendo las tres hipótesis siguientes:
- Los motores auxiliares funcionan con combustible tipo MDO/MGO (no con HFO)
- Los motores auxiliares cumplen las especificaciones de Tier II en cuanto al NOx
- Los motores auxiliares son de tipo “medium-speed diesel”
| Contaminante | Factor de emisión | Factor de emisión |
|---|---|---|
| kg/kg | kg/kWh | |
| CO2 | 3,15 kg/kg valor medio de los propuestos por EEA y TUD | 707 gr/kWh algo por encima de los 609 gr/kWh propuesto por TUD específicamente para auxiliares |
| SOx | 2,1 gr/kg TUD: gr SOx/kg de fuel = 21 x % en masa de S en fuel | 0,42 gr/kWh Valor medio entre UCA 4,3 gr/kWh y TUD 3,99 gr/kWh |
| NOx | 86,5 kg/ton (EEA) | 9,6 gr/kWh propuesto por TUD específicamente para motores auxiliares por debajo de los 13 ó 10 gr/kWh propuestos por EEA específicamente para motores auxiliares para Tier II |
| PM10 | 1,6 kg/ton (EEA) | 0,32 gr/kWh |
| PM2,5 | 1,5 kg/ton (EEA) | 0,3 gr/kWh |
Estos valores deben interpretarse de acuerdo con las hipótesis utilizadas, ya que los motores auxiliares considerados funcionan con MDO/MGO y no con HFO. En una instalación que utilice HFO, el contenido de azufre del combustible y la configuración del sistema de depuración tienen una importancia directa sobre la carga de SOx que debe tratarse.
Emisiones que pueden evitarse en puerto
El objetivo del suministro de energía eléctrica directamente de la red general eléctrica es eliminar totalmente tal contaminación de la ciudad.
Adicionalmente, el suministro mediante una instalación OPS contribuye a la descarbonización del transporte pues la alimentación de la red permite que dicha energía pueda provenir de una fuente renovable, pues tanto España como la UE y resto de la Comunidad Internacional, ha asumido unos compromisos para reducir el calentamiento global que necesariamente pasan por aumentar sensiblemente la participación de la generación renovable en el consumo de energía final.
Los resultados obtenidos para los puertos españoles muestran la magnitud del consumo energético auxiliar durante el atraque y permiten comparar la alternativa de mantener los motores en funcionamiento con la conexión eléctrica desde tierra.
| Emisiones totales | Puertos españoles en 2016 |
|---|---|
| CO2 (T) | 835.665,9 |
| NOX (T) | 11.347,1 |
| SOX (T) | 496,4 |
| PM10 (T) | 378,2 |
| PM2,5 (T) | 354,6 |
Toneladas anuales de CO2, NO2, SOx, PM10 y PM2,5 que podrían retirarse de la atmósfera en caso de suministrar energía desde la red en tierra a los barcos durante el atraque en los Puertos Españoles de Interés .
Potencia y operación en diferentes condiciones
La capacidad de una depuradora debe cubrir las condiciones de mayor caudal de gases previstas para la operación normal del buque. El dimensionamiento no debe basarse únicamente en el consumo durante el atraque, porque la actividad de los motores auxiliares cambia según el buque esté fondeado, maniobrando o navegando.
En el caso de los portacontenedores, el consumo eléctrico puede aumentar por la refrigeración de los contenedores con mercancías perecederas. En los buques de pasaje, la climatización del pasaje y la iluminación interior pueden representar cargas auxiliares relevantes.
Con los buques ULCV ( ultra grandes) que queman unas 80 toneladas de combustible al día en el mar, la implicación del costo de IMO 2020 para las líneas de contenedores es, por ejemplo, $ 2 mil millones al año para Maersk y $ 1 mil millones al año para Hapag-Lloyd, según los cálculos de estas líneas navieras.
INGC | Scrubber
Importancia del azufre y del combustible HFO
La carga de SOx que recibe la depuradora depende de la cantidad de combustible consumido y de su contenido de azufre. Por ello, el uso de HFO exige prestar especial atención al caudal de gases, al consumo de combustible y al rendimiento de eliminación requerido.
El uso de HFO con una depuradora permite abordar el límite de azufre mediante la limpieza de los gases de escape, mientras que el uso de LSFO reduce el contenido de azufre del combustible antes de la combustión. Ambas alternativas afectan de manera diferente a la instalación del buque, al consumo de combustible y a la demanda eléctrica de los equipos auxiliares.
La diferencia entre el combustible HFO y LSFO sería de $250 por tonelada, más cerca IMO 2020. Sin embargo, el combustible con bajo contenido de azufre tiene un costo, y se espera que la diferencia de precio entre el estándar actual de la industria, el fuelóleo pesado (HFO) y el LSFO (fuelóleo con bajo contenido de azufre) sea de unos $ 250 por tonelada.
Cómo interpretar la potencia de la depuradora
La potencia nominal de una depuradora no equivale a la potencia mecánica del motor principal ni a la potencia total instalada en el buque. Se trata de la potencia eléctrica que necesitan sus componentes para hacer circular los gases, bombear el líquido de lavado, controlar el proceso y tratar los efluentes cuando corresponda.
Una depuradora asociada a un motor de gran potencia puede requerir más energía que otra conectada a un motor de menor potencia, pero la relación no es universal. También influyen el diseño del equipo, la configuración abierta o cerrada del sistema, el número de motores conectados y el régimen de carga.
Por ello, la evaluación debe incluir la potencia de los motores auxiliares, las horas de operación, el tipo de buque, el bin correspondiente, la actividad realizada y los factores de emisión aplicables.
Contexto del transporte marítimo
La transición energética del transporte marítimo ya está en marcha, y los motores dual fuel se consolidan como una tecnología clave gracias a su capacidad de operar con una amplia variedad de combustibles: desde los convencionales y renovables, hasta los alternativos como metano, metanol, GLP, etano, amoniaco o hidrógeno.
El crecimiento global de contenedores se ha desacelerado drásticamente, y algunos analistas predicen una expansión para el año de solo 1% a 2%, en comparación con el 4% de 2018, cita un informe de Alphaliner.
Se espera que el crecimiento de la oferta termine en torno al 3,7% para el 2019, con más de 1 millón de teu de capacidad de nueva construcción en marcha y, con un número de desguace final de unos 200.000 teu, llevando la flota total de portacontenedores a apenas 23 millones de teu.
La disponibilidad de alternativas de combustible y de sistemas de limpieza modifica las decisiones de diseño de los buques, pero la potencia de la depuradora sigue dependiendo de las condiciones concretas de operación y de la cantidad de gases que deben tratarse.
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