De maritieme energietransitie alle hens aan dek

In vergelijking met andere sectoren lijkt de scheepvaart op het gebied van duurzaamheid achterop te hinken. Maar achter de schermen is de sector aan een forse inhaalbeweging bezig. Er zitten heel wat baanbrekende projecten in de pipeline. En ook de beleidsmakers zijn wakker geschud. Welke innovaties domineren de agenda en wat wordt de scheepsbrandstof van de toekomst? Een stand van zaken.

Ambitieuze klimaatdoelstellingen De scheepvaart is wereldwijd verantwoordelijk voor bijna 3 procent van de CO2-uitstoot. IMO, de scheepvaartorganisatie van de Verenigde Naties, wil de CO2-emissies tegen 2050 halveren (ten opzichte van de emissies in 2008). Dat moet worden verankerd in een internationaal wettelijk kader. De vooruitzichten zijn hoopvol: er wordt volop geëxperimenteerd met grensverleggende technologieën. Al dringt de tijd, want veel klimaatvriendelijke brandstofalternatieven zitten nog in de onderzoeksfase. Dat gaat gepaard met nieuwe veiligheidsvoorzieningen en certificeringen. En die geregeld krijgen, blijft voorlopig nog een grote uitdaging.

Schoon schip maken De ideale oplossing verenigt de ecologische belangen met de economische. Vandaag wringt het schoentje vooral bij de technische haalbaarheid en schaalbaarheid. Pas als alle kaarten goed liggen, is er een waardig alternatief voor fossiele brandstoffen. Welke energiebronnen een groenere scheepvaart voorspellen? Daar zijn de experts nog niet uit. De checklist is dan ook vrij lang. Om aan de vraag te voldoen, moeten de kaaien wereldwijd uitgerust zijn met de juiste infrastructuur. En de schepen zelf moeten ook worden omgebouwd. De prijs, het nodige volume en de verbrandingswaarde spelen ook een cruciale rol. Wie wint de race? Groene waterstof Schepen kunnen vandaag al perfect op waterstof varen. Dan moeten ze hun opslagcapaciteit wel verviervoudigen. En minder plaats aan boord, betekent minder goederen vervoeren. De oplossing moet dus compact en innovatief zijn. Veiligheid is ook een belangrijk issue, want waterstof is uiterst gevoelig voor temperatuurschommelingen. Je moet het onder hoge druk en op een extreem lage temperatuur bewaren. Anders dreigt er brand- en ontploffingsgevaar. En om rendabel te zijn, moet je waterstof lokaal en op grote schaal produceren, mét groene energiebronnen zoals zonne- en windenergie. Zover zijn we vandaag nog niet. Specialisten zijn toch enthousiast, want groene waterstof is hoog performant en 100 procent clean. En: je kunt ze inzetten voor de productie van duurzame elektriciteit en ammoniak. Twee opties die ook een milieuvriendelijke uitkomst bieden.

The maritime energy transition: all hands on deck

Compared to other sectors, shipping seems to be lagging when it comes to sustainability. But the sector is catching up ferociously behind the scenes. Many leading-edge projects are in the pipeline and policymakers have realised the urgency. What innovations are dominating the agenda and what will be the marine fuel of the future? An update.

Ambitious climate goals The shipping sector accounts for almost 3% of CO2 emissions worldwide. IMO, the United Nations International Maritime Organization, wants to halve CO2 emissions by 2050 (compared to 2008 emissions). This needs to be laid down in an international legal framework. The prospects are hopeful because tests with ground-breaking technologies are ongoing. However, time is running out, as many climate-friendly fuel alternatives are still in the research phase. Any new technologies will require new safety provisions and certifications which remains a major challenge for the future.

Clearing the decks The ideal solution combines ecological and economic interests. The problem today is mainly one of technical feasibility and scalability. A worthy alternative to fossil fuels will only be possible when everything falls into place. Which energy sources will allow greener shipping? The experts have not yet decided which means the checklist is quite long. To meet demand, quays around the world need to be equipped with the right infrastructure. And the ships themselves also need to be converted. The price, the necessary volume and the calorific value also play a crucial role. Which one will win the race?

Green hydrogen Ships could already run perfectly on hydrogen today but to do so they would have to quadruple their storage capacity. And less space on board means fewer goods can be transported. In other words, the solution needs to be compact and innovative. Safety is also an important issue, because hydrogen is extremely sensitive to temperature fluctuations and has to be stored under high pressure and at an extremely low temperature. If not, the risk of fire or explosion is too high. And to be profitable, it has to be produced locally on a large scale using green energy sources such as solar and wind energy. We’re not there yet. But specialists are enthusiastic, because green hydrogen is high-performance, 100% clean and can be used to produce sustainable electricity and ammonia. Two options that also offer an eco-friendly outcome.

LNG LNG or Liquified Natural Gas combusts more cleanly than diesel and can be put in diesel tanks. It is used alone or together with diesel in an 80-20% ratio. This is the so-called dual fuel principle when diesel engines are converted. Ships that switch to LNG are already a lot greener, but they still emit methane, for example. LNG is natural gas that is cooled to -162°C, which liquifies it. Natural gas is still a fossil fuel. It scores well in terms of safety. It’s also relatively cheap and worldwide stocks are high. That also makes regulation much easier and explains its current popularity.

LBM or Liquid Bio Methane LNG has another advantage, because ships using it can easily switch to bio-LNG or LBM (Liquid Bio Methane) which is also referred to as liquid biogas: a fuel that is even greener and more CO2 neutral. Compared to diesel, it produces up to 80% fewer emissions. It’s produced in biomass power plants, using general waste and organic manure. Scalability is the biggest issue here.

“Er wordt volop geëxperimenteerd met grensverleggende technologieën. Al dringt de tijd, want veel klimaatvriendelijke brandstofalternatieven zitten nog in de onderzoeksfase”

Lng Lng of vloeibaar aardgas (liquified natural gas) verbrandt schoner dan diesel en kan gewoon in de dieseltank. Het wordt apart of samen met diesel in een 80-20%-verhouding gebruikt. Dat is het zogenaamde dual fuel-principe: dieselmotoren worden dan omgebouwd. Schepen die op lng overschakelen zijn sowieso al een pak groener, maar ze scheiden wel nog methaan uit. Lng is aardgas dat tot -162 °C wordt gekoeld, waardoor het vloeibaar wordt. En aardgas blijft een fossiele brandstof. Qua veiligheid scoort het wel goed. Het is ook relatief goedkoop en er is wereldwijd voldoende van. Dat maakt de regulatie ook stukken eenvoudiger en verklaart de huidige populariteit.

LBM of vloeibaar biogas Lng heeft nog een streepje voor, want wie er al op vaart, kan moeiteloos overschakelen op bio-lng of lbm (liquid bio methane). Beter gekend als vloeibaar biogas: een brandstof die nóg groener en CO2-neutraler is. In vergelijking met diesel, levert ze tot 80 procent minder uitstoot op. Het wordt geproduceerd in biomassacentrales, met restafval en organische mest. Schaalbaarheid is hier de grootste uitdaging.

Groene e-methanol Groene methanol is een brandstof met zuiver potentieel. Hij behoort tot de categorie ‘e-fuels’. Klassieke methanol wordt uit aardgas gemaakt. Om duurzame methanol te produceren heb je groene waterstof nodig. Die wordt verkregen door water via elektrolyse (met stroom afkomstig van zonne- of windenergie) om te zetten en met zuurstof te mengen. Vervolgens wordt de groene waterstof gebruikt, om opgevangen CO2 – van lokale industriële spelers – tot groene methanol te transformeren. Ons land is koploper in de productie met het ‘Power-to-Methanol’project. Een consortium van ENGIE, Fluxys, Indaver, INOVYN, Oiltanking, Port of Antwerp en de Vlaamse Milieuholding (VMH). Samen bouwen ze aan een demofabriek in de haven van Antwerpen, wat wereldwijd met argusogen wordt gevolgd.

Elektrisch varen op batterijen Of elektrisch varen op batterijen een haalbare kaart is? Voor schepen met een korte vaarroute is het alleszins een interessante piste. Toch ligt de energiecapaciteit van de huidige generatie batterijen nog veel te laag. Het zorgt voor nul uitstoot, dat wel, maar er de klok rond mee te werken? Dat lukt nog niet. Batterijen moeten ook duurzamer worden. Je hebt er onder andere kobalt en lithium voor nodig. En die ontginnen is een uitputtingsslag, voor het milieu en voor lokale gemeenschappen. Recyclage en duurzame ontginning bieden een uitkomst. Zo ontwikkelde Tesla bijvoorbeeld al een procedé om lithium uit kleireserves te halen, met behulp van keukenzout.

Combinatie van technieken Groene brandstoffen zijn niet de enige oplossing. Er wordt ook volop geëxperimenteerd met filtersystemen die CO2, stikstof en fijnstof opvangen. Zo kun je varen op diesel, zonder toxische stoffen in de lucht te pompen. Biodiesel is bijvoorbeeld al vrij ingeburgerd. Dat is fossiele diesel die uit aardolie bestaat, gecombineerd met diesel op basis van plantaardige oliën. Er komen dus ook nog altijd fossiele brandstoffen aan te pas. En de productie van de biovarianten is ook niet geheel zuiver op de graat: er worden astronomische hoeveelheden gewassen voor geteeld én ze stoten nog schadelijke stoffen uit.

Van CO2 naar industriële grondstof Gelukkig stopt het verhaal hier nog niet, want aan die geavanceerde filtersystemen zijn nog andere veelbelovende technieken zoals CCU en CCS (carbon capture & utilisation en carbon capture & storage) gekoppeld. Daarbij wordt CO2 gerecycleerd tot grondstof voor de chemische sector. Zo is de cirkel pas echt rond. Je kunt er ethanol, methaan en methanol mee produceren. En die methanol kunnen schepen als brandstof gebruiken. Ook hiervoor bundelen verschillende spelers in de Antwerpse haven hun krachten in een grootschalig proefproject. Razend interessant, als je weet dat hier een van de grootste chemieclusters ter wereld ligt.

Emissiehandelssysteem Binnenkort wordt het emissiehandelssysteem (ETS) ook in de maritieme sector ingevoerd. Als stimulans voor de vergroening. Wat bedrijven te veel uitstoten aan CO2, mogen ze afkopen in de vorm van emissierechten. En wie over heeft, mag zijn emissierechten te koop aanbieden. Dat geld vloeit dan terug als investering in duurzame installaties. Zo dragen bedrijven onrechtstreeks bij. Welke brandstof uiteindelijk de wind in de zeilen haalt, is nog onduidelijk. Wellicht wordt het een mix van technieken. Dat sectoroverschrijdend samenwerken cruciaal is, staat alleszins als een huis. Heel de maritieme wereld moet mee. Dat is de snelste weg naar een klimaatneutrale scheepvaart.

Green e-methanol Green methanol is a fuel with great potential. It belongs to the ‘e-fuels’ category. Classic methanol is made of natural gas. To produce sustainable methanol you need green hydrogen. This is obtained by converting water through electrolysis (using power from solar or wind energy) and mixing it with oxygen. The green hydrogen is then used to transform captured CO2 – from local industrial players – into green methanol. Belgium is leading the way in production with the ‘Power-toMethanol’ project. A consortium of ENGIE, Fluxys, Indaver, INOVYN, Oiltanking, Port of Antwerp and the Vlaamse Milieuholding (VMH) is building a demo plant in the Port of Antwerp, which is being watched closely around the world.

Battery-powered Are battery-powered ships feasible? For short distances they can be a very interesting alternative. However, the energy capacity of current batteries is still far too low. Emissions are zero, but can the batteries be used around the clock? Not yet. The batteries also have to made more sustainable. Mining the cobalt and lithium that is needed in batteries is bad for the environment and destroys local communities. Recycling and sustainable mining offer a solution. Tesla developed a process to extract lithium from clay reserves using table salt, for instance.

Combination of techniques In addition to green fuels, tests with filter systems that capture CO2, nitrogen and particulate matter are also showing promising results. This means ships can run on diesel without pumping toxic substances into the air. Biodiesel, for example, is already quite common. Biodiesel is a fossil diesel that consists of petroleum, combined with diesel based on vegetable oils, which means it still uses fossil fuels. And the production of the biobased variants is not entirely clean either: huge amounts of crops have to be grown and they still emit harmful substances.

From CO2 to industrial raw material Fortunately, the story doesn’t end here, because other promising techniques such as CCU and CCS (carbon capture & utilisation and carbon capture & storage) are linked to these advanced filter systems. They recycle CO2 into raw materials for the chemical sector. This really brings things full circle because it can be used to produce ethanol, methane and methanol (which can also be used to power ships). Again, various players in the Port of Antwerp have joined forces in a large-scale pilot project. This is very interesting, if you consider Antwerp is one of the largest chemical clusters in the world.

Emission Trading Scheme The Emission Trading Scheme (ETS) will soon be introduced in the maritime sector too to stimulate greening. Any emitted CO2 surpluses can be traded in the form of emission allowances. And any remaining emission allowances can be sold. This money is invested in sustainable installations and in this way, companies contribute indirectly. The fuel that will eventually win the day is still unclear but will probably be a combination of technologies. The fact that cross-sectoral cooperation is crucial is without question. The entire maritime world has to join in because this is the fastest way to climate-neutral shipping.

“Tests with ground-breaking technologies are ongoing. But time is running out, because many climate-friendly fuel alternatives are still in the research phase”