低硫黄時代の海洋燃料

硫黄を排出する航行からの脱却

一般に、新しいIMO規制によって低硫黄時代が到来すると言われていますが、業界にとっては2020年以降が実際の低硫黄時代となるでしょう。

硫黄は天然の元素ですべての化石燃料に存在しています。 硫黄は生命に欠かせない物質ですが、大気中に硫黄酸化物（SOx）として高濃度で存在すると、各種の深刻な健康問題や環境問題を引き起こす可能性があります。

これまで、SOxを最も多く排出していた業界の一つが海運業界でした。たとえば、2007年に船舶が排出した1500万トンのSOxは、世界全体の排出量の約5〜8％を占めていました。 しかし、今後、これが急速に変化することは間違いありません。

IMOではMARPOL 73/78（マルポール条約）（1973年の船舶による汚染の防止のための国際条約に関する1978年の議定書）を通じて船舶による環境への影響に対する規制を開始しています。

その後、2005年に、条約の附属書VIが発効し、船舶の排出物中の硫黄酸化物（SOx）と窒素酸化物（NOx）のレベルを初めて制限しました。 SOxに関しては、最初の国際基準として、燃料油中の硫黄の制限値4.50％ mass/mass（m/m）が設定されました。 さらに、Annex VIでは、排出規制海域（ECA）と呼ばれる、より厳しい硫黄制限値が適用される、複数の主要な人口密集地の周辺に位置する少数の制限区域も設定されました。

2012年、国際基準の制限値は3.50％ m/mに引き下げられました。 その後、2015年にECAゾーンの制限値は0.10％まで引き下げられました。 2020年には、ECAの制限値は維持されますが、国際基準の制限値は0.50％に引き下げられます。

この変化に対応するにはさらに時間が必要であるという海運・石油精製の両業界の懸念にもかかわらず、IMOでは制限値の0.50％は遅延なく施行され、すべての船舶は2020年1月1日からこれを順守する必要があり違反した船舶は航行が認可されないという厳しいペナルティが課されることが最近確認されました。

低硫黄時代の燃料

過去10年ほどで、利用可能な燃料は世界でさまざまに変化してきたものの、ほとんどの船隊の航行には未だに重質燃料油が使用されています。

しかし、現在の硫黄を85％削減する新しい規則は、かつてないほどの大規模な変化を業界にもたらすでしょう。 燃料パラメータとそれに伴う取り扱い上の最新要件を理解していない事業者には、膨大な費用や問題が発生する可能性があります。

先日のLloyd’s List Business Briefingで、精製所からの協調的なアプローチがないにもかかわらず、業界の未来は多燃料の時代に進んでいることは明らかであるとパネリストが述べています。

さらに進むと、2020年以降の燃料は、次の5つの主要なカテゴリーに分類されると予想できます。

• 超低硫黄燃料油（ULSFO）、最大0.10％
• 低硫黄燃料油（VLSFO）、最大0.50％
• 重質燃料油、最大3.50％
• LNG（液化天然ガス）
• その他

ULSFO 0.10％S

ECA要件0.10％を満たす目的で市場投入された一連の新燃料は引き続き使用されるでしょう。 これらの種類の燃料はほとんど純正留出物です。 ただし、軽油と残渣油をブレンドしたハイブリッドである可能性もあります。 一般に、これらの燃料は標準的なエンジン構成では問題なく使用できますが、運用上の変更が必要になる場合があります。 たとえば、留出物の粘度レベルは比較的低いため、注意深く管理する必要があります。 また、一部の新しいハイブリッド燃料では、海洋では従来使用されていない製品を使用しているため、安定性、適合性、および汚染上の不確実性があります。 これらの燃料の需要は潜在的に高いことから、舶用分野が他の産業と競合する可能性があるため、このような燃料を選択することでコストがかさむ可能性があります。

VLSFO 0.50％S

今後、製油所は、残渣油を常に積極的に使い切る必要があります。 適合残渣物と低硫黄留出物を混合することで、規制に準拠した高品質の燃料を作り出すことができます。 このようなブレンド燃料には、最大40％の残留物が含まれる場合がありますが、その場合も硫黄の上限値である0.50％未満を維持できます。ただし、安定性上のリスクが高く、船上で使用する他の燃料と混合すると過敏性が高くなる場合があります。

スクラバーを導入した重質燃料油（HFO）

IMO規制は、燃料中の硫黄レベルという観点で示した指標であり、船舶が排ガスからの硫黄の「除去」に適した削減技術を備えている場合、規制に準拠していると見なされます。 スクラバーはすでに運用されており、燃料中の高レベルの硫黄を処理できることが実証されています。 スクラバーを使用することで、事業者は既によく知っている安価で豊富な残渣燃料油を使い続けることができます。 すべての船舶に適しているというわけではありませんが、それでも多くにとって魅力的な選択肢になります。

LNG

LNGに含まれる硫黄は規制値を大幅に下回っており、そのクリーンな燃焼特性により魅力的な選択肢となっています。 しかし現実には、ほとんどの事業者にとって、再設置、製造、輸送、保管のコストの点で（陸上・船上両方）、実現可能な選択肢から排除されています。 LNGの主成分は、強力な温室効果ガスのメタンであるため、漏出すると重大な環境問題を引き起こします。 また、LNGを燃焼すると、一般に知られているより多くの二酸化炭素が排出されます。 現在、運航中または建造予定のLNG船舶は約200隻しかありません。 新造船案件ではこの数値は着実に増加すると見られており、ExxonMobilでは、2040年に使用される燃料の12％がガスになると推定しています。 これは、LNGが将来の主要な輸送燃料になる可能性があることを示していますが、その将来は依然として数十年後です。

その他

他にもさまざまな種類の燃料が登場しています。 ここにはFAME（脂肪酸メチルエステル）と呼ばれるバイオ燃料や、廃プラスチック、メタノール、その他の市場に出回っていない新しいタイプの物質から抽出される燃料などが含まれます。 これらの燃料のうち、微生物が増殖する危険性が高いなど、海洋での使用に問題がある特性を示すものがいくつかあります。 それでも、バイオディーゼルは硫黄を含有せず、比較的潤滑性の高い燃料です。 これらの燃料は、燃料自体がまだ高価なために有力な選択肢にはならないものの、他の燃料との混合によって硫黄を削減する効果がある場合があります。

海運業界の課題

0.50％への切り替えが施行される時代において、前述したように、移行には困難が伴います。規制への厳格な準拠が初日から求められます。 その意味において、最初で最大の課題は海上ではなく、むしろサプライチェーンです。バンカーバージを清掃して準備を整え、規制に準拠した燃料をタンクに補給する必要があります。

それでも、船主が想定する今後の最大の問題は、低硫黄燃料を入手できるかどうかではありません。 船主にとって本当に頭が痛いのは、利用可能なさまざまな種類の燃料を予測することであり、また、燃料の単独利用方法や他との組み合わせ方法を理解することです。 Lloyd's Registerの燃料スペシャリスト、ティム・ウィルソン氏は次のように説明しています。

船主は、数々のバンカーが直面することになる、燃料の生成に関する広範な多様性とその範囲を検討するために、燃料の管理方法を詳細に定義しておくことがリスク回避のために不可欠であると認識する必要があります。 そうでないと、船上で多大な運用リスクが発生する可能性があります。

不安定性

燃料は、長期間にわたってその材料特性を保持する傾向がある場合、安定性があると考えられます。 不安定な燃料は、短期間で化学変化して深刻な運用上の問題を引き起こす可能性があります。

不安定な留出油では、不飽和炭化水素が酸化して、樹脂、ゴム質、ワニスが生成されます。

不安定な残留燃料中に存在する、アスファルテンや他の芳香族の極性炭化水素分子は凝集してストレージタンク内に厚いスラッジを形成する傾向があります。 このスラッジは粘着性で高粘性があります。

不安定な燃料を使用している船舶は、フィルタ、分離機、およびパイプの目詰まりが発生する可能性があります。 燃料ポンプが過負荷になると、発火や燃焼に問題が生じたり、ピストン、ピストンリング、シリンダーライナーに永続的な損傷を与える危険があります。 極端なケースでは、主エンジンや補助エンジンが停止することもあり、船舶と乗組員に重大な危険をもたらします。

不適合性

単独では安定している燃料でも、これらを2種類以上組み合わせることによって不安定な混合物が生成される場合があります。 これを不適合性と呼びます。

たとえば、HFOとVLSFOを混合すると不安定な燃料油になる可能性があります。 同様に、ULSFOには、HFO、VLSFO、さらには他のULSFOとの間でさえ適合性の問題が発生する可能性があります。 2020年、これまで以上に多様な燃料が市場投入されるようになると、業界にとって非適合性がより広範かつ複雑な問題になると予想されます。

燃料と洗浄タンクの試験の重要性

2020年以降は、サプライヤーがバンカーでの既存の在庫を使い切るために混合物を作成したり、船舶がタンクに受け入れる新しい燃料に残留燃料を使用したりするようになることから、ECA海域が制定されて以降発生している安定性と適合性の問題がさらに広がると考えられます。

新燃料の安定性試験が欠かせないことは明らかです。 この目的のために、現在、ISO WG6（ISO 8217）とCIMAC WG7は安定性と適合性の問題について理解を深めるための取り組みを進めています。 また、新製品に対する理解が深まるように、精製所と試験所間の協力も強化されています。

さらに、事業者は、種類の異なる燃料は船上で分離し、目詰まりのリスクを軽減するために、そのタンクと燃料処理ラインが独立して稼働する設計になっていることを確実にする必要があります。 燃料の混合が不可避の場合は、事前に適合性試験を実施する必要があります。 船上で簡易試験を行うこともできますが、より詳細な試験を実験室で実施する方がより精度の高い結果が得られます。

ベストプラクティスとして、海上でスラッジが発生する可能性を減らすために、タンクを定期的に清掃する必要があります。 また、別の燃料に切り替える際は、不適合の兆候がないか、乗組員が十分に注意する必要があります。

その他の考慮事項

海洋燃料の混合という新しい取り組みにより、燃料の取り扱いと調整という別の側面での複雑さが増大します。 簡潔に言うと、次のような課題があります。

• 温度 - 燃料にはそれぞれ異なる粘度と引火点があります。 このため、ポンプや他の機器に熱衝撃を与えることなく燃料流量を一定に保ち、火災の危険を回避するには、動作温度を慎重に管理する必要があります。
• 潤滑性 - 乗組員は、それぞれの燃料の潤滑性を理解し、必要に応じて調整することでエンジンを保護する必要があります。
• 触媒粒子 - 燃料から硫黄を除去するには触媒が必要ですが、処理後に微小な硬質の粒子が残り、この粒子を燃料から効率的に分離しないとエンジンや他の機器に損傷を与える可能性があります。 また、硫黄の少ない燃料では、微粒子触媒の含有率が高くなる可能性があります。
• 水質汚染 - 燃料の種類によってはより多くの水分を引き付けるため、水分を効率的に除去しないと燃費が悪化し、エンジンや他の部品が腐食する可能性があります。
• 微生物汚染 - バイオ燃料は特に微生物の繁殖を起こしやすいため、詰まりや腐食を引き起こす可能性があります。

知識曲線を先取りする

これからの海洋産業は大きく、急速に変化します。また、2020年以降も多くの燃料事情が依然として不確実のままであるため、特にこのような新時代への移行期においては、関与を維持することが不可欠となります。

成功への鍵は知識と認識です。そのため、責任あるすべての関係者は、知識を共有し、専門家の意見を探し出し、対話に参加する必要があります。 アルファ・ラバルの "Fuel Line" のサイトや他の新興企業のサイトでは、積極的に情報を提供し、重点的に対話に取り組んでいます。 船主、運行業者、造船所、保険会社、精製所、機器およびエンジンメーカー、サプライヤーからなる業界が一丸となって取り組むことで、私たちは未知の海域を安全に航行するための絶好のチャンスを提供しています。