SOx／NOx規制に関する設計開発動向

MIJAC
SOx／NOx規制に関する設計開発動向
2014年 11月25日、28日
(株)マリタイムイノベーションジャパン
上級研究員
末重 洋一
© Copyright 2013
Maritime Innovation Japan Corporation
本日の講演内容
MIJAC
1. MIJAC設立の背景と目的
2. 参加会社
3. オールジャパンのネットワーク
4. 研究開発テーマ一覧
5. SOx／NOx規制概要
6. SOx／NOx規制対策
7. SOx／NOx規制対策-経済性評価8. 今後の検討課題
9. まとめ
1
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１．ＭＩＪＡＣ設立の背景と目的
MIJAC
背景
• 現在の業界規模を拡大したい。
• 造船産業を支える人材を育成したい。
• 造船、海運、海洋関連の技術力を強化したい。
目的
• 日本の造船、海運、海洋関連の技術をレベルアップし、日本
の技術を世界に向かって発信し続ける。
• 船会社、造船会社、船級協会、舶用機器メーカーが連携して
オールジャパンで研究開発を行うプラットホームを設ける。
• 世界の動向や変化を的確かつ迅速に把握し、常に世界トップ
レベルの技術を目指してフルスピードで挑戦する。
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２．参加会社
MIJAC
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３．オールジャパンのネットワーク
船級協会
日本海事
協会
MIJAC
造船所
今治造船
大島造船所
海運会社
サノヤス造船
川崎汽船
商船三井
(2社はアドバイザー)
日本郵船
新来島どっく
常石造船
MIJAC
海上技術
安全研究所
日本政策投資
銀行
国土交通省
舶用機器メーカー
渦潮電機
相浦機械
大洋電機
バルチラジャパン
ダイハツディーゼル
前川製作所
寺崎電気産業
三菱重工業
ナカシマプロペラ
(4社は共同研究者)
ヤンマー
三菱重工舶用機械エンジン
ナブテスコ
大学
東京大学 横浜国立大学
大阪大学 大阪府立大学
九州大学
広島大学
荷主
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４．研究開発テーマ一覧
MIJAC
2013年からの継続テーマ一覧
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
30％省エネ船の開発
機関部機器の省エネ研究
SOｘスクラバーの開発
運航モニタリングデータの活用
国産クリーンエンジンのフィジビリティスタディ
機関部将来プラントのコンセプト開発
ＬＮＧ焚き船の開発
複合材・接着剤の活用に関する研究
海洋エネルギー活用技術の開発
大学水槽の活用
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４．研究開発テーマ一覧
MIJAC
2014年 開始テーマ一覧
① 2基2軸省エネ船の開発
② IMO新騒音規制対応に関する研究
③ ばら積船の荷役性能向上に関する研究
④ ハイブリッド給電システムの開発
⑤ 有望な省エネ・環境関連課題の調査、初期検討
⑥ 海洋技術に関する調査、初期検討
⑦ 主機排ガス排熱極限回収プラントの開発
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５．SOx／NOx規制概要
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SOx規制
ECA※1 ：0.1%以下(2015年以降)
一般海域 ：0.5%以下(2020※2年以降)
※1 ： ECA(Emission Control Area)
・・・MARPOL条約付属書Ⅵにより船舶からの大気汚染物質
SOx、NOx等の排出について一般海域より厳しい規制が
課せられている海域
※2 ： 2018年に2020または2025年を決定
NOx規制
3次規制(TierⅢ)
2016年1月1日以降に建造(起工)され、
ECAを航行する船舶に搭載される
ディーゼル機関に適用
出典：2013 ClassNK秋季技術セミナーより
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
SOx対策
対策
SOxスクラバ
を搭載
原理
追設タンク
排ガスをスクラバにより洗
浄し、排ガス中に含まれる
苛性ソーダタンク
硫黄分を取り除く
苛性ソーダ
スラッジタンク
洗浄水は清水あるいは海
水が用いられる
LNG焚き機関
硫黄分を含まない燃料
の搭載
低硫黄燃料
(MGO)
の使用
還元剤
精製過程において、脱硫
プロセスにより硫黄分を除
去した燃料
8
LNGタンク
―
MGOタンク
―
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
SOx対策
対策
SOxスクラバを搭載
LNG焚き機関の搭載
低硫黄燃料(MGO)
の使用
課題・懸念事項
設置スペースの確保、排水規制動向
特殊かつ大型の燃料タンク、LNG供給体制(インフ
ラ整備)、LNG価格、LNG取扱い
供給量、価格動向
深堀りが必要
MIJACの取組み
SOxスクラバ
LNG焚き船
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燃料動向の調査
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
SOx対策
MIJACの取組み
SOxスクラバ
•
仕様書・外形図をメーカより取得し、SOxスクラバ概略配置図を作成/
経済性比較を実施
LNG焚き船
•
高圧ガス供給装置、LNG燃料タンク、インフラ整備状況等の情報およ
び技術課題調査
•
LNG焚きバルクキャリアの試設計
•
初期投資額、HFO価格、LNG価格などをパラメータとした経済性比
較を実施
燃料動向の調査
•
船舶用燃料動向に関する情報収集
•
ECA向け低硫黄燃料の動向調査
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
NOx対策
方式
脱硝手法
追設タンク
還元剤
SCR
排ガス中に尿素水を噴射し、反応器中の触
媒作用により排ガス中のNOxを還元する
尿素水タンク
尿素水
苛性ソーダタンク
スラッジタンク
苛性ソーダ
排ガスの一部をスクラバにより洗浄し給気
に再循環させる
EGR
方式
燃焼室内の酸素濃度減少、二酸化炭素濃
度増加により、燃焼速度低下・ガス熱容量
が増加し、燃焼温度が下がる
メーカー
SCR
三井造船、日立造船、三菱重工舶用機械エンジン、新潟原動機
ヤンマー、ダイハツディーゼル
EGR
三井造船、川崎重工業、三菱重工舶用機械エンジン
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
NOx対策
方式
課題・懸念事項
SCR
触媒反応器の設置スペース
触媒反応劣化（排ガス温度の確保）
アンモニアスリップ
EGR
燃焼室や掃気ラインの腐食
リング／ライナの異常摩耗
シリンダオイルの異常劣化
スクラバ洗浄水の排水処理
第3のNOx対策を探求
MIJACの取組み
LNG焚き船
ガス分離膜
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水エマルジョン
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６．SOx／NOx規制対策
MIJAC
NOx対策
MIJACの取組み
ガス分離膜
• ガス分離膜装置の船内配置を検討。装置の小型化が重
要課題であることを認識
水エマルジョン
• 水エマルジョン装置についての調査を実施し、ディーゼル
機関への適用事例を調査
• C重油エマルジョン性状の安定化条件を確認
• 発電用機関について、陸上試験を実施
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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SOx規制、NOx規制に対する対策
SOx規制、 NOx規制に対して様々な対策が想定される
“どういう対策をするべきか”
“どういう対策をするとコスト競争力があるのか”
今一度、整理しておくべき必要がある！！
SCR
EGR
LNG
(低圧リーンバーン)
SOx対策、NOx対策
SOxスクラバ
LNG
(高圧)
MGO
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
MIJAC
SOx規制、NOx規制対策シナリオ
SOx規制、 NOx規制に対してどのような対策が考えられるか
MIJACは以下の6つのシナリオを想定
シナリオ1
シナリオ2
シナリオ3
≪SOxスクラバ導入≫
装
置
燃
料
シナリオ4
≪LNG焚き船≫
シナリオ5
シナリオ6
≪MGO使用≫
SCR
○
―
○
―
○
―
EGR
―
○
―
○
―
○
SOx
スクラバ
○
○
―
―
―
―
HFO
○
○
―
―
―
―
MGO
―
○
○
○
○
○
LNG
―
―
―
―
(※パイロッ ト燃料として)
○
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○
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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運航時期／海域による違い
運航時期／海域での装置及び使用燃料は以下の通り
シナリオ1
【装置】
2016年
～
2025年
シナリオ2
シナリオ3 シナリオ4 シナリオ5 シナリオ6
≪LNG焚き船≫
≪SOxスクラバ導入≫
一般海域
無
ECA
SCR
一般海域
～
ECA
【燃料】
SOxスクラバ
SOxスクラバ
SCR
SOxスクラバ
≪MGO使用≫
無
無
無
無
無
EGR
SCR
EGR
SCR
EGR
SOxスクラバ
無
無
無
無
EGR
SCR
EGR
SCR
EGR
シナリオ1
シナリオ2
シナリオ3 シナリオ4 シナリオ5 シナリオ6
2016年
一般海域
HFO
HFO
LNG
LNG
MGO
MGO
～
ECA
HFO
MGO
LNG
LNG
MGO
MGO
2025年
一般海域
HFO
HFO
LNG
LNG
MGO
MGO
～
ECA
HFO
MGO
LNG
LNG
MGO
MGO
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価機関室設備概要
MIJAC
≪SOxスクラバ導入≫～シナリオ2～
出典：海技研との勉強会成果
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価機関室設備概要
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≪LNG焚き船≫～シナリオ4～
出典：海技研との勉強会成果
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価機関室設備概要
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≪MGO使用≫～シナリオ5～
出典：海技研との勉強会成果
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
MIJAC
ライフサイクルコストによる経済性評価
基本設計条件
船種：ばら積み船（Post Panamax） DWT 93,000MT
主機：10,800kW/89min-1 × 1台
補機：500kW/900min-1 × 3台
“SOxスクラバ導入” ・ “MGO使用”に関して
主機：低速2ストロークディーゼルエンジン
補機：中速4ストロークディーゼルエンジン
スクラバ：湿式スクラバ ハイブリッドタイプとする
一般海域 ・・・オープンループ(海水モード)
ECA
・・・クローズループ(清水モード)
“LNG焚き船”に関して
主機：Dual Fuel エンジン(高圧システム)
(パイロット燃料：全燃料の5%)
補機：リーンバーンガスエンジン
(パイロット燃料：全燃料の3%）
LNGタンク：設置場所は暴露部を想定(貨物容積への影響無)
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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航路及び運航パターン
航路：日本‐豪州航路
片道4,400 sea mile
一般海域 - 90%、ECA - 10%
※検討上、ECAを想定
運航：2パターン想定
・通常運航
(主機関負荷率70%)
・低負荷運航 (主機関負荷率50%)
年間運航比率及び主機関／発電機関の運転状況は以下とした
年間運航比率
主機関負荷率
発電機関負荷率
航海中
70%
70%/50%
60%×1台
停泊中
20%
―
40%×1台
荷役中
10%
―
75%×3台
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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経済性評価手法
20年間(2017年～2036年)
『評価年数』
・NOx TierⅢ
・SOx 一般海域 0.5%S規制
ECA
0.1%S規制
①初期投資費用
・新造船での設備投資費用(SCR、EGR、SOxスクラバ等)
②燃料費用
③ランニングコスト
『ライフサイクルコスト』
・尿素水、苛性ソーダ等の還元剤費用
・LNG設備のメンテナンス費用
・各種装置搭載に伴うDWT低下
⇒積載貨物量減少による運賃収入減
・EGRによる燃費悪化 3g/kwh
・SCR、EGRのメンテナンス費用
・発電機関燃費悪化
⇒LNG供給設備設置に伴う動力増加
⇒EGR搭載に伴うブロワ、ポンプ動力増加
⇒SOxスクラバ搭載に伴う動力増加
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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燃料価格設定
HFO、LNG、MGOの燃料価格に対して、3つ想定
①High ②Middle ③Low
1)LNGの燃料価格はHFOと同一と仮定
2)20年間において、HFO及びLNGは400$/t、MGOは1,000$/tの価格上昇
燃料価格：[$/t]
HFO
LNG
MGO
為替レート：100[¥/$]
High
900
1,300
Middle
700
1,100
Low
500
900
High
900
1,300
Middle
700
1,100
Low
500
900
High
1,100
2,100
Middle
900
1,900
Low
700
1,700
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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就航後20年間におけるライフサイクルコスト
① 『SOxスクラバ導入 vs LNG焚き船 vs MGO使用』～通常運航～
( シナリオ1,2 vs シナリオ3,4 vs シナリオ5,6 )
• “MGO使用”は他と比べるとライフサイクルコストは高い
• 燃料価格Highにおいては、“SOxスクラバ導入”と比べて“LNG焚き船”に若干優位性
が見られるものの、燃料価格Lowではライフサイクルコストに差は生じない
燃料価格 High
燃料価格 Low
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
MIJAC
就航後20年間におけるライフサイクルコスト
② 『SOxスクラバ導入 vs LNG焚き船 vs MGO使用』～低負荷運航～
( シナリオ1,2 vs シナリオ3,4 vs シナリオ5,6 )
• 低負荷運航についても検討したが、通常運航の場合と同様の結果・傾向と
なった
通常運航と結論は変わらない
燃料価格 High
燃料価格 Low
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
MIJAC
就航後20年間におけるライフサイクルコスト
③ 『LNG焚き船 vs MGO使用』 (シナリオ3 vs シナリオ5)
• 燃料価格High、Lowの投資回収期間の差は約1年であり、燃料価格が
投資回収期間に与える影響は小さい
• “LNG焚き船”の初期投資費用は約5年で回収可能である
通常運航
NOx対策：
“SCR”
投資回収分岐点
約5年
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約1年
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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就航後20年間におけるライフサイクルコスト
④ 『SOxスクラバ(新造船) vs MGO使用 』
(シナリオ1 vs シナリオ5)
• 燃料価格High、Lowの投資回収期間の差はほとんどない
• 新造船で“SOxスクラバ”を導入した場合、初期投資費用は約2年で
回収可能である
通常運航
NOx対策：
“SCR”
約2年
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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就航後20年間におけるライフサイクルコスト
⑤ 『SOxスクラバ(レトロフィット) vs MGO使用』
(シナリオ1 vs シナリオ5)
• レトロフィットで“SOxスクラバ”を導入した場合、初期投資費用は約3年で
回収可能である
• 新造船で“SOxスクラバ”を導入した場合と比べて回収期間は約1年長い
通常運航
NOx対策：
“SCR”
約3年
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
MIJAC
就航後20年間におけるライフサイクルコスト
⑥ 『SCR vs EGR』
(シナリオ1 vs シナリオ2)
※SCR/EGR共に使用燃料HFOとした
• “SCR”と“EGR”のライフサイクルコストに差はほとんどない
SCRの“初期投資及び尿素水費用”とEGRの“初期投資、苛性ソーダ及び
燃費悪化による追加燃料費用”は20年間では同程度である
通常運航
SOx対策：“SOxスクラバ導入”
燃料価格 High
／ 燃料価格 Low
20年間
初期投資
＋
尿素水費用
“SCR”
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20年間
初期投資
＋
苛性ソーダ費用
＋
追加燃料費用
“EGR”
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７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-
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ライフサイクルコストによる経済性評価 まとめ
SOx対策としてSOxスクラバ／LNG焚き船／MGO、 NOx対策としてSCR／EGR
を導入・使用するシナリオにおいて、20年間のライフサイクルコストによる経済
性評価により以下を明らかにした
ライフサイクルコスト
SOxスクラバ
LNG焚き船
MGO
SCR
同程度
※燃料価格次第
最も高い
投資回収期間
2～3年
5年
ベース
同程度
EGR
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８．今後の検討課題
MIJAC
“SOxスクラバ”に関して
• 設置スペースの確保
 ケーシング内部への設置が可能であるが、ケーシング
の拡張が必要
• 排水規制動向
 MEPC59でEGCSガイドライン※1が採択され、排水基準
は定められたが、MEPC65でガイドライン改正検討の
必要性を指摘
 MEPCからPPR※2に検討が付託され、2015年1月に実
施されるPPR2において、排出洗浄水のpH値測定方法
が明確化される見込み
(※1)EGCSガイドライン・・・排ガス洗浄装置ガイドライン (排ガス中の有害物質濃度計測に対する手法/機器
/条件、又、排水についての基準を定めている)
(※2)PPR(Pollution Prevention and Response)・・・MEPCの下でより技術的な事項等を検討する小委員会
汚染防止・対応小委員会
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８．今後の検討課題
MIJAC
“SCR”、“EGR”に関して
SCR
• 触媒反応器の設置スペース

触媒反応器のコンパクト化
• 触媒反応劣化
• 動特性時の排ガス温度確保

触媒活性温度確保（特に低負荷時）
• アンモニアスリップ
EGR
•
•
•
•
燃焼室/掃気ラインの腐食、シリンダオイルの異常劣化
スクラバ洗浄水の排水処理
EGRブロワや洗浄水ポンプ増設による電力増加
排気再循環による燃費悪化
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９．まとめ
MIJAC
• SOx対策、NOx対策について種々検討したが、
経済的に優位となる対策法は燃料価格次第
で変わる
• SOxスクラバ、LNG焚き船、SCR、EGR等の
SOx、NOx規制対策や燃料動向に関して、継
続的に情報収集/調査を行う
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MIJAC
ご清聴ありがとうございました
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