Is methanol hét alternatief voor dieselolie in de scheepvaart?

In 2018 hebben de 173 landen die aangesloten zijn bij de Internationale Maritieme Organisatie (IMO), afgesproken dat de totale CO2-uitstoot van de internationale scheepvaart in 2050 gehalveerd moet zijn, in vergelijking met 2008. Er wordt daarom volop ingezet op alternatieve brandstoffen, waarvan methanol goede kaarten heeft als alternatief voor dieselolie.

Wat is methanol?

Methanol is de eenvoudigste alcohol en niet geschikt voor consumptie. Het is één van de meest gebruikte grondstoffen in de chemische industrie. Van bijna de helft van alle methanol wordt formaldehyde gemaakt, wat een grondstof is voor onder andere lijmen, verfproducten en kunststoffen. Meer achtergrondinformatie over methanol vind je hier.

In pure vorm kan het gebruikt worden als brandstof en bij het productieproces van biodiesel (plantaardige dieselolie). Tot op heden wordt de meeste methanol nog gewonnen uit aardgas en kolen (zwarte methanol), maar biomethanol is in opkomst. Biomethanol kan geproduceerd worden:

uit hernieuwbare grondstoffen zoals biomassa
met groene stroom, waarmee je waterstof maakt en de CO2 uit biomassa haalt

Deze biomethanol verschilt chemisch niet van zwarte methanol, maar omdat de CO2 die vrijkomt na verbranding uit biomassa gehaald is, kom je alles bij elkaar op nul CO2 -emissie uit.

methanol_diesel_alternatief_scheepvaart_1920x1080_aa259dc9a3.webp

Wat zijn de voordelen van methanol?

Geen zwavel, minder stikstofoxiden en fijnstof

Door de sterke focus op CO2 zou je bijna vergeten dat bij de verbranding van dieselolie ook zwaveloxiden (SOx), stikstofoxiden (NOx) en fijnstof (PM) uitgestoten worden. Het grote voordeel van methanol is dat het geen zwavel bevat. Bij de verbranding komen er dus geen zwaveloxiden vrij, maar ook geen fijnstof. De verwachting is dat het gehalte stikstofoxiden eveneens lager zal zijn. Dat hangt echter ook af van de motorafstellingen.

Relatief veilige brandstof

Methanol is een relatief veilige brandstof, die vloeibaar is bij omgevingstemperatuur en net als dieselolie gebunkerd kan worden. Omdat de temperatuur waarbij methanol begint te verdampen (het vlampunt), lager is dan die van dieselolie, gelden er wel aanvullende voorschriften. Daar moet je dus rekening mee houden, maar dat staat grootschalig opslaan & gebruik niet in de weg.

Makkelijk biologisch afbreekbaar

Methanol is makkelijk biologisch afbreekbaar in water en dus veel minder schadelijk voor het milieu dan benzine, diesel of stookolie. Methanol lozingen op zee verspreiden zich sneller en waterplanten en bacteriën breken het eenvoudig en snel biologisch af, zonder residu.

Goed te gebruiken in een verbrandingsmotor

Een ander groot voordeel van methanol is dat deze brandstof goed te gebruiken is in een verbrandingsmotor. De eigenschappen van methanol verschillen overigens wel behoorlijk van dieselolie. Bepaalde onderdelen van bestaande dieselmotoren moeten dan ook aangepast worden voordat je het kunt gebruiken.

Om de methanol te ontsteken is er, net zoals bij een benzinemotor, een vonk nodig. Die ontstekingsenergie kan verkregen worden door bijvoorbeeld een klein beetje dieselolie te injecteren, wat pilot injectie wordt genoemd. Andere brandstoffen, met net zo'n lage zelfontbrandingstemperatuur als dieselolie, kunnen hier ook voor gebruikt worden. Gezien de hoge betrouwbaarheid van brandstof injectors, zullen veel motorenfabrikanten waarschijnlijk voor deze methode kiezen.

Zoals gezegd bevat methanol geen zwavel en komen er bij verbranding minder stikstofoxiden en fijnstof vrij dan bij dieselolie. Het beetje fijnstof uitstoot dat er is, komt uit het smeerolieverbruik van de motor en door de pilot injectie. Het komt dus niet uit de methanol, die verbrandt schoon, wat ook betekent dat de uitlaatgas-nabehandeling minder complex en kleiner kan zijn dan bij dieselmotoren.

Als proof of concept hebben wij als Pon Power in 2020 een Cat motor op methanol laten draaien. Dat was een groot succes. Het concept was niet bedoeld om op de markt te brengen, maar het helpt ons om beter te begrijpen hoe het werkt en welke uitdagingen we nog hebben.

Wat zijn de nadelen van methanol?

Lagere energiedichtheid dan dieselolie

Een belangrijk nadeel van methanol is de lagere energiedichtheid. Het weegt bijna hetzelfde als dieselolie maar bevat iets minder dan de helft aan energie. Daardoor heb je ruim 2 keer zoveel brandstof nodig voor dezelfde afstand. Hier moet je dus rekening mee houden voor wat betreft de bunkergrootte en het gewicht.

Andere veiligheidsvoorschriften

Voor methanol gelden andere veiligheidsvoorschriften voor bunkering, opslag en het brandstof-toevoersysteem vanwege het lagere vlampunt (11°C versus 52°C van dieselolie). Het volledige brandstofsysteem van een schip moet dus aangepast of ontworpen worden voor het gebruik van methanol. Ook zijn er strengere voorschriften voor onder andere ventilatie en dampdetectie.

Methanol versus andere biobrandstoffen en batterijen & brandstofcellen

Methanol heeft de grootste kans van slagen

Het gaat er niet om of methanol beter of slechter is dan andere biobrandstoffen of batterijen. Er zullen ook toepassingen zijn waar die opties beter bij passen. Maar als wij de huidige alternatieven naast elkaar zetten en naar alle facetten kijken, zoals het gebruik als motorbrandstof, veiligheid, bunker- & opslagmogelijkheden en emissies, dan denken wij dat methanol voor maritieme toepassingen de grootste kans van slagen heeft, vanwege de eigenschappen van deze alternatieve brandstof:

vloeibaar
CO2 neutraal
biologisch afbreekbaar
uitstekende motorbrandstof

Biobrandstoffen

Brandstoffen die uit plantaardig materiaal worden gemaakt, zoals biodiesel (FAME: Fatty Acid Methyl Ester) en HVO (Hydrotreated Vegetable Oil), hebben ongeveer dezelfde eigenschappen als fossiele dieselolie. Een voordeel van biodiesel en HVO, is dat de motor en de brandstofopslag er niet voor aangepast hoeven te worden, mits de afdichtingen van de brandstofsystemen er geschikt voor zijn. De nadelen ten opzichte van methanol, zijn de fijnstof emissie en dat je er biomassa of plantaardige oliën voor nodig hebt om het te produceren, terwijl je methanol ook kunt maken door elektrolyse en CO2.

Biodiesel

Vanwege de wettelijke bijmeng verplichting wordt een klein percentage biodiesel of HVO aan de fossiele dieselolie toegevoegd. Biodiesel is echter sterk hygroscopisch: het trekt vocht aan die opgenomen wordt in de biodiesel. Daardoor ontstaat bacteriegroei als het voor langere tijd opgeslagen wordt in de brandstofbunker. Wat op haar beurt weer vlokken vormt die de brandstoffilters kunnen verstoppen.

HVO

Bovengenoemd probleem heb je niet bij HVO. Dat wordt geraffineerd uit biologische componenten, bevat geen vetachtige bestanddelen en is niet hygroscopisch. HVO kan worden bijgemengd en daarmee voldoe je aan de bijmeng verplichting, maar het kan in de meeste motoren ook puur gebruikt worden.

BioLNG

Voor gas/diesel Dual Fuel- of gasmotoren kan BioLNG (vloeibaar groen gas) gebruikt worden. Deze brandstof bestaat hoofdzakelijk uit methaangas dat afkomstig is van de vergisting van biomassa. Om het op te slaan is een grote, goed geïsoleerde opslagtank nodig én de apparatuur om de BioLNG weer te verdampen. De kosten van zo’n installatie zijn hoog en daarnaast moet er ruimte voor zijn.

Waterstof

Voldoende waterstof meenemen op een schip kan alleen als het vloeibaar opgeslagen wordt of onder zeer hoge druk. Om het vloeibaar te maken en te houden moet je het onder -254°C gekoeld opslaan. Ter vergelijking: LNG moet tot -164°C worden gekoeld en levert daarnaast circa twee keer zoveel energie per (vloeibare) m3. De opslag van waterstof kan het gebruik ervan voor schepen dus in de weg staan. Maar voor toepassingen waarbij dit geen probleem is, kan het ook een CO2 neutrale oplossing zijn. Er zijn overigens wel grote aanpassingen aan de verbrandingsmotoren nodig, omdat waterstof makkelijker en sneller verbrandt dan dieselolie, maar ook daar wordt aan gewerkt.

Batterijen

Batterijen voor primaire scheepsvoortstuwing zijn enkel te gebruiken voor hele specifieke toepassingen. De af te leggen afstand moet beperkt zijn of de batterijen moeten tussentijds kunnen worden bijgeladen of verwisseld. Gezien de grootte van de benodigde capaciteit, zijn batterijen daarvoor ook al snel te kostbaar en te zwaar.

Wat wel een mogelijkheid is, om bijvoorbeeld een klein traject emissievrij af te kunnen leggen, is het installeren van een acceptabele hoeveelheid batterijen, die bovendien gebruikt kunnen worden wanneer het schip stilligt, in plaats van de hulpgenerator. Dit geeft de luxe van stilte.

Brandstofcellen

Een andere mogelijkheid is om brandstofcellen te gebruiken. Deze zijn echter nog erg kostbaar in vergelijking met hetzelfde vermogen aan motoren en vereisen ook een volledig elektrische of hybride voortstuwingslijn.

De methanol motor komt eraan

Dieselmotoren gebruiken we al meer dan 100 jaar en worden nog altijd doorontwikkeld voor meer vermogen, hogere efficiëntie & betrouwbaarheid en daarmee lagere kosten. Datzelfde wil je natuurlijk ook voor methanol motoren. Momenteel wordt er door Caterpillar al vele jaren hard gewerkt aan het ontwikkelen en testen daarvan.

Met hoe de zaken er op dit moment voor staan, schatten we in dat Pon Power binnen enkele jaren methanol-motoren kan aanbieden. Om deze motoren in bestaande schepen te plaatsen, is er wel een aanzienlijke retrofit nodig van het brandstofopslag- en toevoersysteem.

Methanol belangrijke alternatieve brandstof in de scheepvaart

Omdat scheepsbouwers circa 10 jaar vooruitkijken en verwachten dat methanol stap voor stap zal uitgroeien tot één van de belangrijkste alternatieve brandstoffen in de scheepvaart, houden zij er nu al rekening mee. Ook met het feit dat er andere veiligheidsvoorschriften gelden dan bij diesel.

Deze voorschriften, de lagere energiedichtheid en de gevolgen daarvan hebben een grote invloed op het ontwerp van het totale brandstofsysteem, van de opslag tot de motoren.

De nieuwe methanol motoren en de nieuwe schepen die in aantocht zijn, zullen een merkbare bijdrage leveren aan het terugdringen van de CO2-, zwavel-, stikstofoxiden- en fijnstof uitstoot. Het ziet er dus naar uit dat methanol inderdaad hét alternatief is voor dieselolie in de scheepvaart.

Een paar cijfers op een rij

100 jaar

We hebben er 100 jaar over gedaan om de dieseltechniek te verfijnen tot hoe die nu is. De transitie naar methanol zal enkele jaren duren.

2020

In 2020 heeft Pon Power als proof of concept een Cat motor op methanol laten draaien.

2050

In 2050 moet de totale CO2-uitstoot van de internationale scheepvaart gehalveerd zijn.

2,2x

Voor de opslag van methanol is er 2,2x meer ruimte nodig dan voor dieselolie en dat weegt dan 2x zo zwaar.

11°C

Methanol heeft een lager vlampunt dan dieselolie: 11°C versus 52°C.

Meer weten?

Wil je meer weten over wat wij voor jouw duurzaamheidsdoelstellingen kunnen betekenen? Neem dan contact op met je account manager of laat een bericht achter via onderstaand formulier. Tijdens kantooruren kun je ons ook bellen op +31 (0)78 642 0420

Neem contact met ons op