Toekomstperspectief (milieu-)prestaties LNG-motoren LNG in de scheepvaart Toekomstperspectief (milieu-)prestaties LNG-motoren

Geboekte progressie verbetering (milieu-)prestaties gasmotoren Drivers verbetering (milieu-)prestaties OEM’s Aanscherping van de emissievoorschriften, Centrale Commissie voor de Rijnvaart (CCRI, II), NRMM Stage III,V etc. Verlagen van het brandstofverbruik door o.a. verhogen rendement en reduceren onverbrande koolwaterstoffen Voorbeelden prestatieverbetering gasmotorontwikkelingen van de afgelopen decennia Toepassen turbo’s in combinatie met Miller kleptiming: Turbo: toename belasting motoren wat tot efficiëntieverbetering leidt, maar risico op kloppen neemt toe Millerkleptiming: brengt de begintemperatuur gasluchtmengsel omlaag, waardoor de motor minder gevoelig is voor klopverschijnselen en NOx emissie daalt. Terugdringen van onverbrande koolwaterstoffen: afname emissie en toename rendement

Maatregelen verlagen methaanslip Methaanslipverlaging: Reduceren spleetverliezen Voorkomen klepoverlap Voorkomen vlamdoving en misfire Optimalisatie verbrandingsproces Optimalisatie Maatregelen methaanslip reductie heeft geleid tot een sterke afname van de methaanslip voor moderne gasmotoren

Overzicht (milieu-)prestaties Trend in de tijd (voorbeeld Wärtsilä): THC-emissie: gestaag dalende trend; Rendement: gestaag stijgende trend

Waar ligt verbeterpotentieel qua (milieu)-prestaties in de binnenvaart en kustvaart? Overzicht innovatieve ontwikkelingen in Nederland om gasmotoren nog efficiënter en schoner te maken

Scheepstypen en bedrijfsprofielen Schepen varen een belangrijk deel van de tijd in (lage) deellast Ongunstig want: Bij deellast is het rendement het laagst en de methaanslip het hoogst

Verbeter potentieel 1: Reduceren smoorverliezen Bij een Ottomotor bepaalt de hoeveelheid verse cilindervulling het geleverde motorvermogen. De cilindervulling wordt (juist in deellast) meestal nog met een smoorklep in het inlaatsysteem geregeld Hoe verder de smoorklep wordt gesloten, hoe minder cilindervulling en dus ook minder motorvermogen. De motor ‘ervaart’ de drukval over de smoorklep als negatieve arbeid (smoorverlies) hetgeen als rendementsverlies tot uitdrukking komt

Verbeter potentieel 1: Reduceren smoorverliezen Reduceren smoorverliezen >> verbeteren deellastrendement (voorbeeld NoNOx): De firma NoNOx heeft een alternatieve, ‘smoorvrije’ vermogensregeling voor deellastbedrijf ontwikkeld Een snelle open-dicht klep (EOCV-klep) in het inlaatsysteem neemt de taak van de smoorklep over NoNOx claimt tot 15% brandstofbesparing Bijkomend voordeel is dat door het toepassen van de juiste strategie de NOx gereduceerd kan worden (Miller kleptiming)

Verbeterpotentieel 2: Ontwikkeling engine control systemen voor optimalisatie motorprestaties Gasmotoren worden conservatief afgesteld op het “slechtste” gas met hoogste klopgevoeligheid (laagste methaangetal). Gevolg: Vermogensverlies (bij de-raten); toename CAPEX en OPEX Rendementsverlies (bij de-raten en CR verlaging) DNV GL heeft in opdracht van Shell een gas adaptieve gasmotorregeling ontwikkeld Gassamenstellingssensor Verbrandingsalgoritmen (kloppen en emissies)

Verbeter potentieel 2: Ontwikkeling engine control systemen voor optimalisatie motorprestaties Voordelen gasadaptieve regeling op basis van testen in het DNV GL motoren testlab: Motor geschikt voor een brede range aan LNG samenstelling Tot 6% brandstofbesparing

Verbeter potentieel 3: Directe injectie van cryogene brandstoffen Inzet/benutten cryogene brandstoffen (voorbeeld TU/e): Directe injectie van LNG (vloeistoffase) in motorcilinder; TU/e claimt thermodynamische voordelen: tot 10% brandstofbesparing

Verbeter potentieel 4: Ontwikkelen van een nieuw verbrandingsconcept RCCI Twee brandstoffen met verschillende zelfontstekingseigenschappen; Premix van klopvaste brandstof, lucht en rookgas Brandstof(fen) met hoge reactiviteit later geïnjecteerd Bij juiste strategie voordelen: Claims TNO: hoog (geïndiceerd) rendement; tot 51% bij truck motoren zeer lage roet- en NOx-vorming Claims ArenaRed: 10% brandstofbesparing methaanslip < 0.5 g/kWh Low reactivity fuel (natural gas)

Verbeter potentieel 5: HC-SCR-katalysator: In te zetten bij armmengsel- en dual fuel motoren voor aanpak methaanslip HC-SCR principe: HC is reductant voor NOx-reductie DNV GL kent twee separate, buitenlandse ontwikkelinitiatieven  gezamenlijk op zoek naar partners voor versnelde ontwikkeling HC+NOx+O2 N2+CO2+H2O HC SCR

Verbeter potentieel 6: Verminderen deellastbedrijf Optie 1: verminderen deellastbedrijf door cilinderafschakeling Optie 2: Installatie meerdere kleinere motoren, zoals vrachtwagenmotoren Verbeterpotentieel: in termen van de (specifieke) GHG-emissie ca. 30 tot 95 g/kWh

Verbeterpotentieel Huidige situatie en verbeter- potentieel van stoichiometrische motoren (HD truck), armmengsel- motoren, dual-fuelmotoren en dieselmotoren: 0 = huidige situatie; 1 = reduceren smoor- verliezen/vollastbedrijf; 2 = minimaliseren THC- emissie (1.5 - 3 g/kWh) bij LBSI- en dual-fuel motoren, implementatie van HPDI bij stoichiometrische motoren; 3 = verbetering asrendement (50%) bij LBSI- en dual-fuel motoren, implementatie RCCI (50% asrendement) bij stoi- chiometrische motoren; 1-3 = verbetering asrendement (50%) bij dieselmotoren.

Conclusies Binnen- en kustvaart: Sterke verbetering in THC-emissie en rendement over de tijd, met nog verbeterpotentieel: inherente prestatieverbetering Brandstofadaptieve motorregeling Ontwikkeling methaankatalysator, bijv. HC-SCR Verminderen deellastbedrijf, bijv. cilinderafschakeling of kleinere motoren Verminderen deellastverliezen, bijv. NoNOx-technologie Introductie nieuwe verbrandingsconcepten, bijv. RCCI Ten opzichte van de (dan eveneens hoger renderende) dieselmotoren biedt dit perspectief op ongeveer 20% voordeel in termen van GHG-emissie.

Vragen? Sander Gersen sander.gersen@dnvgl.com 0615012156