Methanol im Kampf um den Kraftstoff der Zukunft

Warum steht Methanol im Mittelpunkt?

Mit dem Aufkommen neuer und beunruhigender Klimaphänomene suchen Regierungen und internationale Organisationen auf der ganzen Welt nach Lösungen für den steigenden Kohlenstoff- und Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre. Dies wirkt sich auch auf die Schifffahrtsindustrie aus, z. B. im Hinblick auf die Ziele der IMO für 2030 und 2050. Methanol entwickelt sich zu einem vielversprechenden alternativen Kraftstoff, da es die meisten Anforderungen erfüllt, die Schifffahrtsunternehmen an einen Kraftstoff der Zukunft stellen. Und die Akzeptanz von Methanol nimmt zu, wahrscheinlich aus der Überlegung heraus, dass ein perfekter Kraftstoff, der alle unsere Probleme löst, vielleicht nie rechtzeitig gefunden wird.

Welche Kriterien erfüllt Methanol auf der Liste des perfekten Kraftstoffs?

Für Methanol spricht vieles, aber der wichtigste Faktor ist unbestreitbar die ausgereifte Technologie im Umgang mit Methanol. Methanol wird nicht nur als Kraftstoff, sondern auch in der Produktion und Fertigung verwendet, z. B. bei der Herstellung von Polymeren, d. h. von Kunststoffen, Farben, Lacken und Reinigungsmitteln. All dies hat dazu geführt, dass Methanol bereits zu den 5 meistbeförderten Gütern der Welt gehört, wobei ein bemerkenswerter Wissensstand über die Handhabung und den Transport von Methanol vorhanden ist. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber Konkurrenten wie Wasserstoff und Elektrizität, die zum Antrieb von Schiffen verwendet wird, da es bereits eine gut entwickelte Infrastruktur und Lieferkette für die Herstellung und den Transport von Methanol gibt.

Bei der Entscheidung über die Zukunft eines Kraftstoffs spielt die Logistik eine entscheidende Rolle, und hier kann Methanol gegenüber seinen Konkurrenten punkten. Methanol ist bei Raumtemperatur flüssig und daher viel einfacher und weniger energieintensiv zu lagern als seine kryogenen Gegenstücke wie Ammoniak, LNG und Wasserstoff. Ganz zu schweigen davon, dass die bereits vorhandene Technologie und Infrastruktur nur geringfügig geändert werden muss, um sie für Methanol umzurüsten. Dies lässt sich aus der Tatsache ableiten, dass Methanol in anderen Sektoren beträchtlichen Erfolg und Akzeptanz genießt, wie z. B. in China, wo Methanol aggressiv gefördert wird. 57 % des weltweiten Methanolverbrauchs kommen allein aus diesem Land und werden in Fahrzeugen, Heizgeräten usw. verwendet. Auch in Europa wird die Verwendung von Methanol als Kraftstoff gefördert, und selbst bei Hochleistungsmotoren, z. B. im Drag Racing, hat sich Methanol als Ersatz für Benzin bewährt.

In diesem Jahr wurde in Rotterdam auf der Takaroa Sun ( tanker), die sich im Besitz von NYK Bulkship befindet,Methanol von einem Binnenschiff zuSchiff gebunkert.  

Die biologische Abbaubarkeit von Methanol verschafft ihm einen klaren Vorteil gegenüber fossilen Brennstoffen und einigen anderen Energiealternativen. Biologisch abbaubar zu sein bedeutet einfach, dass selbst im Falle eines Methanolausrutschens oder -lecks die Spuren von Methanol, das biologisch gut abbaubar ist, innerhalb von etwa 7 Tagen auf natürliche Weise entfernt werden.

Derzeit sind die Kosten für Methanol pro GJ nicht nur höher als die der konventionellen Kraftstoffe, sondern auch die Kosten für Methanol, das aus organischen Rohstoffen hergestellt wird, sind höher als die der fossilen Rohstoffe. Die Kosten für die Anlage und die Produktionskapazität sind die wichtigsten Faktoren, die den Preis beeinflussen, aber die ermutigende Tatsache ist, dass große Unternehmen wie Maersk Methanol als grünen Kraftstoff ihrer Wahl einsetzen. Da andere Unternehmen diesem Beispiel folgen, ist der sinkende Methanolpreis im Grunde zu einer sich selbst erfüllenden Prophezeiung geworden. 

Das ultimative Ziel in der Entwicklung des Produktionsprozesses von Methanol wäre es, es vollständig aus erneuerbaren Quellen herzustellen. Der Kohlenstoff wird durch Kohlenstoffabscheidung aus der Atmosphäre gewonnen, und der Wasserstoff wird aus erneuerbaren Quellen wie Wind- und Sonnenenergie gewonnen. In der Übergangsphase, also in den nächsten Jahrzehnten, ist Methanol aus Biomasse, insbesondere aus den in Südostasien (Indonesien, Malaysia usw.) reichlich vorhandenen Ölpalmenwedeln, eine praktikable Alternative. Die Ausbeute ist hoch genug, und es entstehen insgesamt keine Treibhausgasemissionen.

Marktdurchdringung von Methanol in der Industrie

Die Einführung von Methanol in der Schifffahrt ist schon seit einiger Zeit im Gange, mit dem Green-Pilotprojekt, einer Nachrüstung eines 1996 gebauten Schiff . Einer der beiden Cummings-Motoren wurde durch einen Weichai- oder Scania-Dieselmotor zur Verbrennung von Methanol ersetzt. Im Laufe der Zeit sind Nachrüstungen rationeller geworden als der komplette Austausch von Motoren.

Der erste große Name in der Liste der Umrüstungen ist die polnische Stena Germanica. Ihre Umrüstung begann 2015, und später wurden alle vier Motoren auf Dual-Fuel-Betrieb umgerüstet, mit der Option, recyceltes Methanol zu verwenden, und da es sich um eine der ersten Umrüstungen handelte, konnte sie aus Gründen der Zuverlässigkeit auch weiterhin konventionelle Kraftstoffe verwenden. Kürzlich hat sich Stena mit Proman, dem weltgrößten Methanolhersteller, zusammengetan, um Nachrüstungs- und Lieferkettenlösungen für bestehende Schiffe zu entwickeln, um sie bei der Umstellung auf Methanol in der Zukunft zu unterstützen. 

Es gibt viele Möglichkeiten, einen Motor auf die Verwendung von Methanol umzurüsten, und jede birgt ihre Herausforderungen. Im Rahmen des Green-Pilotprojekts wurden die Kraftstoffeinspritzdüsen ausgetauscht und die ECU des Motors neu eingestellt. Die Kraftstoffzusammensetzung wurde ebenfalls geändert, um eine 5 %ige Verbrennungsverbesserung zu erreichen und eine zuverlässige Verbrennung zu gewährleisten. Die Einspritzdüsen und Zerstäuber müssen geändert werden, um die Tatsache auszugleichen, dass Methanol eine geringere Energiedichte als Schweröl hat.

Der mit Methanol betriebene Zweitaktmotor B&W ME LGI von MAN wird in Schiffen eingesetzt, die Methanol transportieren, und findet mit dem Wandel in der Methanolwirtschaft zunehmend auch in anderen Schiffen Verwendung.

Die jüngsten Neuzugänge sind die von Mitsui O.S.K. Lines (MOL), die über das modernste Methanol-Verbrennungssystem verfügen. Das kürzlich in Dienst gestellte Schiff von MOL ( Schiff ), die Capilano Sun, ist in der Lage, die Tier III NOX-Anforderungen auch ohne Wäscher zu erfüllen. Dies wurde durch die Einspritzung von Wasser zusammen mit Methanol erreicht. Die Wassereinspritzung zusammen mit Methanol bietet mehrere Vorteile. Die Temperatur des gesamten Zylinders bleibt gleichmäßiger, da das Wasser im Zylinder verdampft und so die Bildung von Hot Spots" verhindert, die die Leistung und Lebensdauer des Motors verringern. Die Verdampfung von Wasser senkt auch die Temperatur und ermöglicht so ein größeres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, was wiederum aggressivere Zündzeitpunkte und eine stärkere Aufladung des Turboladers ermöglicht. Das Wasser verdampft und erzeugt Druck, der den Kolben antreibt, anstatt die Energie für die Erzeugung von Wärme zu verschwenden.

Herausforderungen mit Methanol

Die größte Herausforderung für Methanol auf seinem Weg zum Kraftstoff der Zukunft ist die geringe Energiedichte. Schweres Heizöl hat eine 2,5-mal höhere Energiedichte pro Volumeneinheit als Methanol. Das bedeutet, dass für dieselbe Fahrt größere Tanks und ein größeres Kraftstoffvolumen benötigt werden. Die meisten Schiffe nehmen Methanol auf, indem sie die Ballasttanks des Schiffes für die Lagerung von Methanol umrüsten. Dies hat leider zur Folge, dass Schiffe , die lange Fahrten und Hochseetransporte unternehmen, wie z. B. Massenguttanker (VLCC / ULCC) oder Massengutfrachter Schiffe , auf absehbare Zeit überhaupt nicht auf Methanol umgestellt werden können, da es keine Bunkermöglichkeiten oder Häfen gibt, die leicht zugänglich sind.

Die nächste Herausforderung ist die Methode zur Herstellung von Methanol, die derzeit die Welt netto verschmutzt. Die Herstellung, die derzeit mit fossilen Rohstoffen erfolgt, trägt noch stärker zu den Treibhausgasemissionen bei als die direkte Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die Erzielung von Größenvorteilen bei der kohlenstoffneutralen Produktion ist zwingend erforderlich.

Methanol erzeugt bei unvollständiger Verbrennung Formaldehyd, ein bekannter Schadstoff und Karzinogen, aber dieses Problem tritt bei Hochtemperatur-Dieselmotoren (mehr als 1500 Grad) nicht auf.

Es ist nicht so, dass Methanol der ideale Kraftstoff der Zukunft wäre, der keine Nachteile oder Risiken birgt. Die Verwendung von Methanol ist mit einigen Problemen verbunden, z. B. ist es giftig. Bereits eine Dosis von 10 ml kann den Sehnerv so stark schädigen, dass er erblindet, und eine Dosis von etwa 30 ml kann zum Tod führen. Die Aufnahme von Methanol über die Haut, das Einatmen von Dämpfen, der Kontakt mit den Augen oder das Verschlucken können eine Methanolvergiftung verursachen. Die Flamme von Methanol ist bei Tageslicht möglicherweise nicht sichtbar, da es bei einer kälteren Temperatur als fossile Brennstoffe verbrennt. Daher ist eine geeignete Ausrüstung wie Schutz- und Flammschutzkleidung sowie eine Atemschutzausrüstung erforderlich, da nur eine gefährliche Dosis Methanol durch den Geruch wahrnehmbar ist.

Die nächste negative Seite von Methanol ist seine korrosive Eigenschaft. Methanol korrodiert bestimmte Metalle wie Kohlenstoffstahl und Aluminium, so dass bei der Konstruktion von Tanks, Schläuchen, Lagern, Motorkomponenten und Versorgungsleitungen darauf geachtet werden muss. So sind beispielsweise die Schläuche und die Lagertanks doppelwandig, um Leckagen zu vermeiden. Der internationale Sicherheitscode für Schiffe, die gasförmige oder andere Kraftstoffe mit niedrigem Flammpunkt verwenden, ist als IGF-Code bekannt. Er bildet den rechtlichen Rahmen für den Einsatz alternativer Kraftstoffe auf Schiffen. Dieser Code ist am 1. Januar 2017 in Kraft getreten. Durch verbindliche Maßnahmen für die Installation, den Betrieb und die Überwachung von Maschinen und Systemen zielt dieser Code darauf ab, die Risiken für die Umwelt und die Besatzung zu minimieren.

Was die Investitionen betrifft, so sind Schiffe mit Methanolantrieb vergleichsweise teurer als herkömmliche, mit fossilen Brennstoffen betriebene Schiffe. Maersk hat bei der südkoreanischen Hyundai-Werft 8 Dual-Fuel-Schiffe inAuftrag gegeben. Diese Schiffe kosten jeweils 175 Mio. USD und damit 10-15 % mehr als Schiffe, die mit herkömmlichen Bunkerölen betrieben werden. Hohe Anfangsinvestitionen sind oft die größte Herausforderung für jede neue Technologie, wenn es darum geht, sich in der Branche durchzusetzen.

Blick in die Zukunft

Methanol hat ein großes Potenzial als Kraftstoff der Zukunft, da es die Treibhausgasemissionen reduziert, geringe Emissionen aufweist und einfach zu handhaben ist. Gleichzeitig ist der Kraftstoff aber auch sehr korrosiv und erfordert hohe Investitionen in die Umrüstung der Antriebssysteme von Schiffen. Obwohl Methanol sauberer verbrennt als herkömmliche Kraftstoffe wie Schiffsdiesel, wird Methanol derzeit überwiegend auf kohlenstoffintensive Weise hergestellt. Die Umstellung auf umweltfreundlichere Kraftstoffe ist nicht verhandelbar, und leider ist keine der auf dem Tisch liegenden Optionen ausgereift genug, um den Mantel des neuen Kraftstoffs zu übernehmen. Die Wahl richtet sich im Moment eher danach, welche Einschränkungen wir tolerieren können, als nach den Vorzügen eines Kraftstoffs. Doch wie nur wenige andere seiner Art verspricht auch Methanol, dass seine Vorteile eines Tages größer sein werden als seine Einschränkungen.