Les combustibles marins à l’ère de la faible teneur en soufre

Naviguons au large des émissions de soufre

Il est courant de décrire les nouveaux règlements de l’OMI comme inaugurant l’ère de la faible teneur en soufre, mais en fait, l’après 2020 sera l’ère de l’industrie à faible teneur en soufre.

Réglementations de l'Oxydes de soufre (SOx) et de l'Oxyde d’azote (NOx) 

Le soufre est un élément naturel présent dans tous les combustibles fossiles. Il est essentiel à la vie, mais sa présence dans l’atmosphère sous forme d’oxydes de soufre (SOx) peut, à des concentrations élevées, causer de nombreux problèmes de santé et environnementaux graves. Jusqu’à présent, le secteur des transports maritimes était l’un des plus grands émetteurs de SOx.

En 2007, par exemple, les navires ont émis 15 millions de tonnes de SOx, soit environ 5 à 8 % des émissions mondiales. Mais cela devrait changer rapidement. L’OMI a commencé à réglementer l’impact environnemental des transports maritimes avec MARPOL 73/78 (la Convention internationale pour la prévention de la pollution par les navires, 1973, modifiée par le protocole de 1978).

Puis, en 2005, l’annexe VI de la convention est entrée en vigueur, limitant pour la première fois les niveaux d’oxyde de soufre (SOx) et d’oxyde d’azote (NOx) provenant des gaz d’échappement des navires. L’annexe comprend un plafond global de 4,50 % m/m sur la teneur en soufre (SOx) du fuel-oil.

De plus, l’Annexe VI établi également des zones de contrôle des émissions (ECA), un petit nombre de zones limitées autour de plusieurs grands centres de population, où la limite de soufre a été fixée beaucoup plus bas. En 2012, le plafond global passe à 3,50 % m/m (mass/mass).

Puis, en 2015, le plafond de la zone ECA passe à 0,10 %. En 2020, le plafond des zones de contrôle des émissions (ECA) reste inchangé, mais le plafond global passe à 0,50 %. En dépit de certaines inquiétudes selon lesquelles les industries du transport et du raffinage ont besoin de plus de temps pour se préparer au changement, l’OMI a récemment confirmé l’application du plafond mondial de la teneur en soufre du fuel-oil utilisé par les navires à partir de janvier 2020.

Respect de la réglementation de l'OMI pour les navires depuis Janvier 2022

Les navires doivent se conformer à la nouvelle réglementation depuis le 1er janvier 2020 sous peine de lourdes sanctions, voire d’être déclarés en mauvais état de navigabilité.

Alors que les changements intervenus depuis une dizaine d’années ont déjà affecté la diversité des combustibles disponibles dans le monde, la majorité de la flotte fonctionne toujours au fuel-oil lourd. Mais les nouvelles règles, qui réduisent la teneur en soufre actuelle de 85 %, susciteront des changements plus importants que ce que l’industrie n’a jamais vu.

Les exploitants doivent s’assurer de bien comprendre les caractéristiques des combustibles et les exigences de manutention associées ou risquent d’être confrontés à des difficultés et des coûts importants. Lors d’un récent List Business Briefing de Lloyd’s, les intervenants ont fait remarquer que quoique qu’il n’existe aucune approche coordonnée de la part des raffineurs, il est clair que l’industrie se dirige vers un avenir multicombustibles. Pour aller plus loin, nous pouvons nous attendre à une répartition des combustibles en cinq catégories principales après 2020 :

1. Fuel-oil à très faible teneur en soufre (ULSFO), max. 0,10 %
2. Fuel-oil à très très faible teneur en soufre (VLSFO), max. 0,50 %
3. Fuel-oil lourd, max. 3,50 %
4. GNL (gaz naturel liquide)
5. Biocarburants

ULSFO - Une gamme de nouveaux combustibles qui sont entrés sur le marché pour répondre aux exigences du plafond de la zone ECA de 0,10 % continueront d’être utilisées.

Ces types de combustibles sont principalement des distillats purs. Cependant, il pourrait également s’agir d’hybrides – d’un mélange gazole-pétrole résiduel. En général, ces combustibles fonctionnent bien avec les configurations de moteur standard, bien qu’ils puissent nécessiter des changements opérationnels.

Par exemple, la viscosité des distillats est relativement faible et nécessite une gestion prudente. En outre, certains des nouveaux hybrides utilisent des produits qui ne sont pas traditionnellement utilisés dans les applications marines, introduisant des incertitudes quant à la stabilité, la compatibilité et la contamination. En raison de la forte demande potentielle pour ces combustibles, le secteur maritime peut se trouver en concurrence avec d’autres industries et cette option risque d’être onéreuse.

Des mélanges à faible teneur en soufre (VLSFO)

Les raffineries auront toujours besoin d’utiliser leurs résidus de manière proactive.

Il est possible de mélanger des produits résiduels appropriés avec des distillats à faible teneur en soufre pour créer des combustibles conformes de bonne qualité. Ces mélanges peuvent contenir jusqu’à 40 % de résidus, tout en restant au-dessous du plafond de 0,50 % de soufre.

Cependant, ils présentent un risque élevé d’instabilité et peuvent potentiellement être hypersensibles au mélange avec d’autres carburants à bord.

Fuel-oil lourd (HFO) avec épurateurs (scrubbers) de carburant 

Bien que les réglementations de l’OMI interdiront le transport, aux fins de combustion, de fuel-oil non conforme destiné à être utilisé pour la propulsion ou l’exploitation du navire, les navires qui utilisent des dispositifs d’épuration des gaz d’échappement, connus également sous le nom d’épurateurs seront considérés comme conformes.

Les épurateurs de carburant (scrubbers) déjà en service se sont révélés capables de traiter des niveaux élevés de soufre dans les combustibles.

Ils permettent aux opérateurs de continuer à utiliser les combustibles résiduels abondants et bon marché qu’ils connaissent déjà bien. Bien que cela ne convienne pas à tous les navires, ce sera une option attrayante pour beaucoup.

Utilisation du Gaz Naturel Liquéfié (GNL / LNG)

La teneur en soufre du GNL est bien inférieure à la limite réglementaire et ses propriétés de combustion propre en font un choix attrayant.

Cependant, dans la pratique, les coûts de réaménagement, de fabrication, de transport et de stockage (à terre et à bord) font que la plupart des exploitants l’exclut en tant qu’option viable.

Le GNL est principalement constitué de méthane – un puissant gaz à effet de serre – et les fuites constituent donc une préoccupation environnementale majeure. Et le gaz naturel liquéfié (GNL) libère bien plus de dioxyde de carbone que ce qu’en pensent beaucoup de gens.

À l’heure actuelle, il existe environ 200 navires méthaniers en exploitation ou en commande. Ce nombre augmentera régulièrement dans les nouvelles constructions et ExxonMobil prévoit que le gaz représentera 12 % des combustibles utilisés en 2040.

En d’autres termes, le GNL pourrait devenir le principal combustible du futur, mais cet avenir est encore à des décennies.

Utilisation des biocarburants (FAME)

D’autres types de combustibles ont également commencé à entrer dans les mélanges.

Il s’agit notamment des biocombustibles – également appelés FAME (éther méthylique d’acides gras) – des combustibles extraits de déchets de plastique, de méthanol et d’autres types nouveaux pas encore commercialisés.

Certains de ces combustibles présentent des propriétés problématiques pour une utilisation marine, comme un risque élevé de croissance microbienne. Néanmoins, le biodiesel ne contient pas de soufre et a un pouvoir lubrifiant relativement élevé.

Ces types de combustibles restent trop chers pour être attrayants, mais peuvent être utiles pour les mélanges avec d’autres combustibles afin de réduire la teneur en soufre.

Biocarburants marins

 

Le défi du transport maritime dans le passage à l’ère de 0,50 % de teneur en soufre 

il n’y a pas de transition en douceur – comme indiqué auparavant, une stricte conformité sera exigée dès le premier jour.

En ce sens, le défi initial le plus important ne sera pas tant en mer, mais dans la chaîne d’approvisionnement, où les péniches de soutage devront être nettoyées et prêtes, et les réservoirs remplis de combustible conforme. Cependant, la disponibilité de combustibles à faible teneur en soufre ne devrait pas être le principal problème des armateurs. Leur véritable casse-tête sera d’anticiper les différents types de combustibles disponibles et de comprendre comment les utiliser, individuellement et en combinaison avec d’autres combustibles.

Comme l’explique Tim Wilson, spécialiste du carburant chez Lloyd’s Register :
L’armateur doit prendre conscience du risque auquel il devra s’affronter s’il ne se prépare pas de manière à définir clairement la gestion de son combustible pour prendre en considération l’énorme diversité et la gamme des formulations de combustibles auxquelles il sera confronté d’un réservoir à un autre. Les risques opérationnels pourraient être énormes à bord des navires.

Instabilité des carburants

Un combustible est considéré stable s’il conserve ses propriétés matérielles au fil du temps.

Les combustibles instables subissent, à court terme, des modifications chimiques pouvant entraîner de graves problèmes de fonctionnement.

Dans les distillats instables, les hydrocarbures insaturés s’oxydent, produisant des résines, des gommes et des vernis.

Dans les combustibles résiduels instables, les asphaltènes et autres molécules d’hydrocarbures polaires, aromatiques, ont tendance à s’agglutiner, formant des boues épaisses dans les réservoirs de stockage. Ces boues sont collantes et très visqueuses. L’utilisation de combustibles instables à bord d’un navire a pour effet l’encrassage des filtres, des séparateurs et des tuyaux.

La surcharge des pompes à carburant peuvent entraîner des problèmes d’allumage et de combustion et causer des dommages irréversibles aux pistons, segments de piston et chemises de cylindre. Dans les cas extrêmes, les moteurs principaux et auxiliaires peuvent s’arrêter, représentant un grave danger pour le navire et son équipage.

Incompatibilité des carburants

Même si deux combustibles ou plus peuvent être stables en eux-mêmes, les mélanger peut produire un mélange instable.

C’est ce que l’on appelle une incompatibilité.

Par exemple, le mélange de HFO et de VLSFO est susceptible de créer une huile instable. De même, des ULSFO peuvent présenter des problèmes de compatibilité avec des HFO, VLSFO et d’autres ULSFO.

Alors que 2020 apporte sur le marché une variété de carburants plus vaste que jamais, nous pouvons nous attendre à ce que l’incompatibilité devienne un problème plus répandu et complexe pour l’industrie.

L’importance de tester les combustibles et les réservoirs de nettoyage et d'autant plus important pour résoudre les problèmes de stabilité et de compatibilité auxquels nous sommes confrontés depuis la création des zones ECA. Les fournisseurs créeront des mélanges pour utiliser les stocks existants de combustibles de soute, ou lorsque les navires chargeront de nouveaux combustibles dans des réservoirs contenant des combustibles résiduels.

Tests de stabilité des nouveaux combustibles

Les tests de stabilité des nouveaux combustibles sont absolument essentiels.

À cette fin, l’ISO WG6 (ISO 8217) et le CIMAC WG7 travaillent actuellement sur des méthodes permettant de mieux comprendre les problèmes de stabilité et de compatibilité.

La coopération entre les raffineries et les laboratoires d’essais peut également contribuer à la bonne compréhension des nouveaux produits. En outre, les exploitants devraient veiller à ce que les différents combustibles soient séparés à bord et à ce que leurs réservoirs et leurs lignes de traitement de combustible soient conçus pour fonctionner de manière indépendante, afin de réduire les risques d’encrassement. Si le mélange de combustibles est inévitable, des tests de compatibilité doivent d’abord être effectués.

Des tests simples à bord sont possibles, mais des tests approfondis en laboratoire peuvent fournir de meilleurs niveaux d’assurance. Selon les meilleures pratiques, les réservoirs devraient être nettoyés régulièrement pour réduire le risque de formation de boues en mer. De même, les équipages devront porter une attention particulière aux signes d’incompatibilité lors du passage d’un combustible à un autre.

Problématiques rencontrées lors des nouveaux mélanges de combustibles marins

Les nouveaux mélanges de combustibles marins augmenteront la complexité d’autres aspects de la manipulation et du conditionnement du combustible. En bref, certains autres défis comprendront :

• Température : Différents carburants auront des propriétés différentes, et donc des points d’éclair différents. Par conséquent, les températures de fonctionnement doivent être soigneusement gérées pour assurer un débit de combustible constant sans provoquer de choc thermique dans les pompes et autres équipements, ainsi que pour éviter les risques d’incendie.
• Lubrification : Les équipages devront tenir compte de la lubrification fournie par chaque combustible et effectuer les ajustements nécessaires pour protéger leurs moteurs.
• Particules fines : La suppression du soufre du combustible nécessite des catalyseurs, qui laissent derrière eux de petites particules dures pouvant endommager les moteurs et autres équipements si elles ne sont pas séparées efficacement du combustible. En outre, les combustibles à faible teneur en soufre peuvent contenir des quantités plus importantes de particules fines.
• Contamination par l’eau – Certains types de combustibles attirent davantage d’eau que d’autres, ce qui peut réduire l’économie de combustible et corroder les moteurs et autres composants si l’eau n’est pas éliminée efficacement.
• Contamination microbienne : Les biocombustibles, en particulier, peuvent être sujets à des proliférations microbiennes pouvant provoquer des blocages et de la corrosion.

Conserver une longueur d’avance

Parce que l’industrie maritime évolue beaucoup et vite – et parce que de nombreux aspects de la situation des combustibles après 2020 restent incertains – il est essentiel de rester engagé, en particulier en ce qui concerne la transition vers une industrie maritime décarbonée.

La connaissance et la prise de conscience seront les clés du succès.

Il appartient donc à toutes les parties prenantes responsables de partager les connaissances, de rechercher des avis d’experts et de participer au débat.

Le site Alfa Laval Fuel Line et d’autres sites émergents cherchent à informer et à centrer le dialogue. Une collaboration sectorielle – des armateurs aux exploitants de navires, chantiers navals, assureurs, raffineurs, fabricants d’équipements et de moteurs et fournisseurs – peut fournir la meilleure garantie pour naviguer en toute sécurité dans des eaux inexplorées.