Uso del gas naturale liquefatto nel settore navale: riduzione dei costi e delle emissioni nocive

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1 TRASPORTI. Uso del gas naturale liquefatto nel settore navale: riduzione dei costi e delle emissioni nocive SOLUZIONI ALTERNATIVE ANCHE PER L ALIMENTAZIONE DELLE GRANDI NAVI NEI PORTI Questo articolo si propone di illustrare sinteticamente le caratteristiche ed i benefici dell utilizzo del Gas Naturale Liquefatto (LNG nel settore navale: benefici a livello ambientale, di costi e di sicurezza. Si parlerà anche dell Alternative Maritime Power (AMP come sistema fondamentale per abbattere l inquinamento prodotto dalle navi in stazionamento: un problema attuale, che riguarda in particolar modo le grandi navi da crociera e da trasporto, che durante le operazioni in banchina creano microaree ad alta concentrazione di inquinanti. LNG, dati generali Il Gas Naturale Liquefatto è composto principalmente da metano (CH 4 con piccole parti di etano (C 2 H 6, propano (C 3 H 8, butano (C 4 H 10 e azoto; si ottiene sottoponendo il gas naturale, previa depurazione, a processi di raffreddamento e condensazione. La temperatura di ebollizione a pressione ambiente è di -164 C e la composizione varia secondo il luogo di provenienza ed il processo di liquefazione; quest ultima consente una riduzione del volume specifico di circa 600 volte in condizioni standard per il trasporto tramite navi denominate metaniere. Durante il trasporto e lo stoccaggio nei rigassificatori, il gas rimane liquido alla temperatura di -164 C, in attesa di essere rigassificato mediante appositi impianti. Utilizzato nel settore dei trasporti in sostituzione del diesel e del gas naturale compresso (CNG, il Gas Naturale Liquefatto è stoccato in serbatoi criogenici, in cui la temperatura è mantenuta a -164 C, e con i nuovi impianti di distribuzione può essere utilizzato per l autotrazione pesante di nuova generazione, sempre a -164 C; oppure può essere rigassificato e distribuito a 200 bar per l autotrazione pesante di vecchia generazione e per le auto. Attualmente i fornitori principali di LNG per l Italia sono Libia, Algeria e Nigeria. Gli impianti di rigassificazione sono di tre tipi: 1. onshore (i più diffusi e più collaudati; possono essere abbinati ad impianti che prevedono l uso di basse temperature (surgelazione, per recuperare l acqua fredda che verrebbe altrimenti dispersa in mare. In Italia sono attivi due impianti: Panigaglia (SP, stoccaggio m 3 - produzione 2 milioni m 3 /anno, e Porto Viro-Rovigo, stoccaggio m 3 - produzione 8 milioni di m 3 /anno. Di prossima apertura il rigassificatore di Livorno (stoccaggio m 3 - produzione 3,75 milioni di m 3 /anno; 2. offshore GBS (Gravity Based Structure in cemento posati sul fondo marino; 3. offshore galleggianti tramite navi denominate FSRU (Floating Storage and Regasification Unit. Questi impianti ricevono il LNG dalle navi metaniere e lo sottopongono a un processo di riduzione di pressione (tramite espansione in appositi vessels e riscaldamento (tramite scambio di calore con acqua di mare. I vantaggi dell utilizzo dei LNG rispetto al tradizionale combustibile Diesel sono così sintetizzabili: riduzione del prezzo (circa 40% in meno; riduzione emissioni acustiche; riduzioni delle emissioni in atmosfera che consentono di portare un motore di classe Euro 3 e Euro 5. Questi invece i principali vantaggi dell utilizzo dei LNG rispetto al CNG: peso dei serbatoi ridotto del 90%; pagina 19 GLI AUTORI. Questo articolo è una sintesi degli interventi svolti dall ing. Roberto Matteoli e dall ing. Fabrizio Pilo in occasione della presentazione della sezione Sardegna di ATENA - Associazione Italiana di Tecnica Navale ( attivata presso il DICAAR della Facoltà di Ingegneria di Cagliari. L associazione si propone di diffondere e promuovere la cultura navale nei campi della costruzione, dell esercizio e della conduzione delle navi e delle attività ad essi connesse, nonché di quelle dirette alla protezione dell ambiente interessato dalla navigazione e dal trasporto marittimo. ATENA è un associazione culturale di livello internazionale fondata nel 1948, membro del CEMT (Confederation of European Marine Technology e articolata in sezioni distribuite sul territorio nazionale che organizzano incontri tecnici, conferenze e convegni, con il supporto della rivista tecnica TTM. Le attività di ATENA Sardegna sono state patrocinate dalla Society of Automotive Engineers Torino Group. EURO 3 PM particolati Diesel LNG HC idrocarburi (city smog CO monossido di carbonio NOx protossido di azoto (city smog Figura 1. Confronto tra LNG e combustibile Diesel tradizionale.

2 Figura 2. Aree marittime europee e norme ambientali. Trasporti percorrenza superiore (oltre il doppio di quella del CNG; stazioni di rifornimento con minori costi di installazione e manutenzione rispetto alle stazioni di CNG; le stazioni di rifornimento del LNG non hanno bisogno di elettricità, mentre il CNG richiede 0,07 /kg per comprimere il metano. LNG ed estensione delle Emission Control Areas L International Maritime Organization (IMO ha introdotto le norme ECA (Emission Control Areas. In Europa, navi devono adeguarsi alle norme ECA ( navi/anno nel Mar Baltico, 400 navi/giorno osservate nel Canale della Manica. Il Mediterraneo probabilmente non sarà inserito nelle aree ECA nel breve periodo, ma le navi in transito o provenienti o dirette in Nord America e Nord Europa dovranno potersi rifornire in accordo alle norme ECA. Ricordiamo che il Mediterraneo è attraversato annualmente da più di mercantili che superano le 100 tonnellate di stazza, cui si aggiungono più di traghetti, navi da carico e mezzi commerciali, incluse 300 petroliere. Circa un terzo del traffico mercantile mondiale tocca porti del Mediteraneo, o comunque lo attraversa. Il rifornimento avviene per la gran parte in un ridotto numero di hubs: Istanbul, Malta, Pireo, Port Said e i porti adiacenti allo stretto di Gibilterra/Algeciras. Per quanto sopra riportato, è ipotizzabile un forte incremento della domanda di metano e quindi dell individuazione ed installazione di aree per lo stoccaggio e il rifornimento. I nuovi limiti previsti dalle norme ECA scattano in diverse fasi: a massima emissione di S, per tutte le navi: - 1,0% dal 1 luglio 2010, - 0,1% dal 1 gennaio 2015; b emissioni di N per navi nuove: - riduzione 80% nelle emissioni di NOX dal Tabella A. Combustibili e inquinamento ambientale emissioni (tonnellate per anno SOx NOx CO 2 particolato con carburante LNG con HFO a basso tenore di zolfo (LS380 con 1% di zolfo Già da tempo invece l Unione Europea ha previsto (direttiva 2005/33 CE un limite di 0,1% S, per qualunque tipo di combustibile, nei porti e nelle vie di navigazione interne. I benefici ambientali conseguenti alla sostituzione dei combustibili convenzionali col LCG (che rispetta le norme ECA sono così sintetizzabili: CO 2 /gas serra: 20-25% riduzione netta; SO X e particolati (PM: quasi 100% riduzione; NO X : 85-90% riduzione; minimizzazione del rischio di accidentale perdita in mare di combustibile. La tecnologia del metano è sicura e sperimentata in 40 anni di operazioni su navi metaniere e dall impiego come combustibile su varie decine di navi, a partire dal Le modalità di rifornimento del LCG oggi sono tipicamente autobotte-nave, con terminal dedicato oppure nave-nave. Una tipica soluzione di bunkering è quella della figura 3. Lo stoccaggio del LNG avviene in serbatoi coibentati, nei quali è prevista una barriera secondaria completa progettata per temperature inferiori a -164 C, a protezione della struttura dello scafo nei confronti delle variazioni di temperatura e del valore assoluto durante le operazioni. Agisce inoltre come barriera secondaria completa in caso di perdite dalla cisterna di LNG. Attualmente, la rete di distribuzione dei LCG nel Mediterraneo è costituita da cinque siti (Piombino, Porto Torres, Portovesme, Messina, Porto Empedocle riforniti a mezzo di trasporto su gomma. I depositi costieri di LCG possono essere alternativamente terrestri o galleggianti. Da quanto precedentemente descritto, appaiono evidenti i vantaggi dell imple- pagina 20

3 LNG fuel distribution - Schema esemplificativo della procedura prima del bunkering durante il bunkering dopo il bunkering chiamata arrivo ormeggio check-list alla nave ricevente connessione manichetta resa check-list firmata apertura valvole manuali segnale prontezza sequenza avvio pompe sequenza di rifornimento arresto delle pompe portata 150 t/h 30 minuti chiusura valvole manuali spurgo linee sconnessione manichette inertizzazione linee ricevitore disconnessione consegna documenti disormeggio partenza inertizzazione linee rifornitore tempo totale stimato: 50 minuti nave ricevente nave rifornitrice LNG / linea ritorno vapori / diesel lube oil / morchie accoppiamenti specifici ghiotte per stillicidi punto bunkering lato sn posizione bitte piano di ormeggio Figura 3. LNG, schema del rifornimento da nave a nave. mentazione dei LCG per i motori navali sia in termini di costi, sia in termini di tutela ambientale e di sicurezza, a maggior ragione considerando che: il 90% delle merci a livello mondiale è trasportato via mare; la crescita del trasporto marittimo è costante (impatto Cina; il sistema di trasporto marittimo è efficiente (CO 2 per tonnellata/km inferiore rispetto al trasporto su strada e notevolmente inferiore rispetto al trasporto aereo; Traffico marittimo e inquinamento dell aria Inquinanti Cause di inquinamento Possibili soluzioni particolato (in particolare il PM 10 VOC - composti organici volatili (benzene, formaldeide, toluene e altri composti di azoto (NO x ossidi di zolfo (SO x monossido di carbonio (CO anidride carbonica (CO 2 propulsori e motori diesel ausiliari a bordo delle navi motori diesel sui veicoli utilizzati per la gestione delle merci nei porti carburanti ecologici, a basso tenore di zolfo nuovi propulsori a basso consumo specifico di olio, in grado di utilizzare carburanti puliti retrofit (NO x e SO x connessione alla rete elettrica nazionale per le navi in stazionamento nei porti alimentazione elettrica per le navi all ormeggio, attraverso sistemi mobili in banchina che utilizzino carburanti ecologici restizioni all accesso ai porti per veicoli vecchi e inquinanti limiti di velocità per navi e mezzi terrestri nelle aree portuali pagina 21

4 Trasporti il trasporto marittimo vale 4% delle emissioni di CO 2 su scala globale (rispetto al 2% del trasporto aereo; il trasporto marittimo contribuisce a una quota compresa tra il 10 e il 15% di tutte le emissioni di ossidi di azoto (NO x e tra il 4 e il 6% degli ossidi di zolfo (SO x, presenti rispettivamente nello smog e nelle piogge acide. Alternative Maritime Power nei porti in Europa e negli USA voltaggio connessione (kv frequenza (Hz voltaggio connessione (kv frequenza (Hz Goteborg (Svezia 0,4-6, Kotka (Finlandia 6,6 50 Stoccolma (Svezia 0,4-0,69 50 Oulu (Finlandia 6,6 50 Helsingborg (Svezia 0,4-0,44 50 Los Angeles (California 0,44-6,6 60 Pitea (Svezia 6 50 Long Beach (California 6,6 60 Anversa (Belgio 6,6 50/60 Pittsburg (California 0,44-6,6 60 Zeebrugge (Belgio 6,6 50 Seattle (Washington 6, Lubecca (Germania 6 50 Juneau (Alaska 6, Kemi (Finlandia 6,6 50 Traffico nel porto di Napoli traffico merci (t container (TEU passeggeri (crociere + locale Stazionamento delle grandi navi: la soluzione AMP Ragionando sulla necessità di ridurre l inquinamento dell aria prodotto dal trasporto marittimo, non si può trascurare una questione apparentemente secondaria, ma tutt altro che irrilevante per le aree portuali interessate: l alimentazione delle navi da crociera e da trasporto durante la fase di stazionamento in banchina, responsabile della creazione di microaree ad alta concentrazione di inquinanti. La soluzione indicata per questo problema è la diffusione dell AMP - Alternative Maritime Power. Gli elementi tipici di un AMP sono i seguenti : cavi MT flessibili (6-20 kv, anche se si usa BT a bordo; connessione semplice; posizione del box; trasformatore MT/BT a bordo. In Europa e negli USA gli AMP trovano crescente diffusione come sistema efficace in ottica ambientale ed energetico. La tabella in alto mette a confronto alcuni tra i principali porti delle due aree geografiche, con i relativi valori di fornitura di energia elettrica alle navi in stazionamento. Ma vediamo un caso italiano. Il porto di Napoli ha registrato nel biennio 2009/2010 i volumi di traffico riassunti nel riquadro al lato. Le caratteristiche delle navi in stazionamento sono riassunte nella tabella che segue. Porto di Napoli, caratteristiche delle navi in stazionamento n mp Lbp D v PBme PBce PBmp Psum (m (t (kn (kw (kw (kw (kw nd nd , n numero di navi considerate mp numero massimo di persone a bordo Lbp lunghezza tra perpendicolari D dislocamento di pieno carico v velocità massima PBme potenza propulsore elettrico PBce potenza all asse generatore diesel PBmp potenza all asse motore diesel per propulsione Psum potenza elettrica per ausiliari/hotel in porto (estate nd non dichiarato pagina 22

5 L implementazione dell Alternative Maritime Power determinerebbe i seguenti livelli di emissioni attese: Psum SO x NO x unità (kw t/h t/h ,0552 0, ,0546 0, ,1050 0, ,0510 0, ,0558 0,0940 totali ,3216 0,5416 Fra i materiali utilizzati nella redazione di questo articolo, l ing. Pilo segnala il lavoro di L. Battistelli, T. Coppola, M. Fantauzzi, F. Quaranta, A case study on the Environmental Impact of Harbor Activities: Analysis and Solutions, presentato a Instanbul in occasione del 1 st International Symposium on Naval Architecture and Maritime, ottobre In chiusura, è opportuno ricordare in forma sintetica quali siano gli effetti di queste emissioni sulla salute delle persone. concentrazione Ossidi di zolfo effetti sulla salute 0,06 mg/m 3 possibili casi di bronchite e infezioni toraciche 0,3 mg/m 3 possibili danni al sistema respiratorio (soprattutto per bambini e anziani 0,8-2,6 mg/m 3 rilevazione olfattiva della sostanza (spinge a cercare una maschera antigas e riparo concentrazione Ossidi di azoto effetti sulla salute mg/m 3 (per brevi periodi possibili danni ai polmoni 100 mg/m 3 seri danni all apparato respiratorio mg/m 3 letale Incentivi per apprendistato di ricerca e di alta formazione Fino al 30 giugno 2013 sarà possibile utilizzare gli incentivi per il contratto di apprendistato di alta formazione e di ricerca previsti da un bando nazionale, all interno del programma Formazione e Innovazione per l Occupazione Scuola&Università. Le imprese (così come le società di ingegneria e gli studi professionali possono ottenere contributi per la stipula di contratti di apprendistato di alta formazione e di ricerca per laureandi, laureati e dottorandi di ricerca. Possono presentare domanda le imprese e i datori di lavoro privati, con sede operativa sul territorio nazionale, che assumano - a tempo pieno o a tempo parziale - giovani di età compresa tra i 18 e i 29 anni con un contratto di apprendistato di alta formazione e di ricerca finalizzato al conseguimento dei seguenti titoli di studio: laurea triennale, laurea magistrale, laurea magistrale a ciclo unico, master universitario I e II livello, dottorati di ricerca. Sono ammessi dal bando i contratti di apprendistato a tempo pieno e/o a tempo parziale per almeno 24 ore settimanali. Le domande devono essere presentate online, attraverso la procedura sul sito fixo.italialavoro.it. Maggiori informazioni nella scheda sintetica [ ] distribuita in occasione di un recente incontro organizzato dall Ordine, oppure sul sito italialavoro.it [ ]. L Ordine degli Ingegneri della provincia di Cagliari - impegnato a promuovere il bando in collaborazione con Confindustria, Confapi, OICE e Confartigianato, dopo ripetuti contatti con il Ministero del Lavoro - è a disposizione anche per favorire l incontro fra potenziali datori di lavoro e giovani candidati: imprese, società di ingegneria, studi professionali, così come giovani laureati e studenti in Ingegneria, possono segnalare il proprio interesse con un messaggio alla casella amministrazione@ingegneri-ca.net. pagina 23