Uso del gas naturale liquefatto nel settore navale

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 (CH4) con
piccole parti di etano (C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10) 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 100.000m3 - produzione 2 milioni
m3/anno, e Porto Viro-Rovigo, stoccaggio 400.000 m3 - produzione 8 milioni
di m3/anno). Di prossima apertura il rigassificatore di Livorno (stoccaggio
137.500m3 - produzione 3,75 milioni di m3/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
(www.atenanazionale.it), 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
HC idrocarburi (city smog)
CO
monossido di carbonio
Diesel
LNG
NOx
protossido di azoto (city smog)
Figura 1. Confronto tra LNG
e combustibile Diesel tradizionale.
122
Uso del gas naturale liquefatto nel settore navale:
riduzione dei costi e delle emissioni nocive
INFORMAZIONE
TRASPORTI.
INFORMAZIONE 122
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
Figura 2. Aree marittime europee
e norme ambientali.
L’International Maritime Organization (IMO) ha introdotto le norme ECA (Emission Control Areas). In Europa, 20.000 navi devono adeguarsi alle norme ECA (10.000
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 200.000
mercantili che superano le 100 tonnellate di stazza, cui si aggiungono più di 2.000
traghetti, 1.500 navi da carico e 2.000 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 2016.
Tabella A. Combustibili e inquinamento ambientale
emissioni (tonnellate per anno)
SOx
NOx
CO2
particolato
con carburante LNG
0
31
5.500
0
con HFO a basso tenore di zolfo
(LS380 con 1% di zolfo)
50
180
7.250
4
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:
•CO2 /gas serra: 20-25% riduzione netta;
•SOX e particolati (PM): quasi 100% riduzione;
•NOX: 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 2001.
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
LNG fuel distribution - Schema esemplificativo della procedura
prima del bunkering
durante il bunkering
dopo il bunkering
⇢ sequenza avvio pompe
⇢ sequenza di rifornimento
⇢ arresto delle pompe
⇢ chiamata
⇢ arrivo
⇢ ormeggio
⇢ check-list alla nave ricevente
⇢ connessione
⇢ manichetta
⇢ resa check-list firmata
⇢ apertura valvole manuali
⇢ segnale prontezza
⇢ chiusura valvole manuali
⇢ spurgo linee
⇢ sconnessione manichette
⇢ inertizzazione linee ricevitore
⇢ disconnessione
⇢ consegna documenti
⇢ disormeggio
⇢ partenza
⇢ inertizzazione linee rifornitore
portata 150 t/h
30 minuti
tempo totale stimato: 50 minuti
nave
ricevente
nave rifornitrice
punto bunkering lato sn
posizione bitte
LNG / linea ritorno vapori / diesel
lube oil / morchie
accoppiamenti specifici
ghiotte per stillicidi
Figura 3. LNG, schema
del rifornimento da nave a nave.
piano di ormeggio
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 (CO2 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 PM10)
⇢ VOC - composti organici volatili
(benzene, formaldeide, toluene
e altri)
⇢ composti di azoto (NOx)
⇢ ossidi di zolfo (SOx)
⇢ monossido di carbonio (CO)
⇢ anidride carbonica (CO2)
⇢ 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 (NOx e SOx)
⇢ 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
INFORMAZIONE 122 INFORMAZIONE 122
Trasporti •il trasporto marittimo vale 4% delle emissioni di CO2 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 (NOx) e tra il 4 e il 6% degli ossidi
di zolfo (SOx), 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 - 6,6 - 10
50
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
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)
6,6 - 11
60
6
50
Juneau (Alaska)
6,6 - 11
60
6,6
50
Pitea (Svezia)
Lubecca (Germania)
Kemi (Finlandia)
Stazionamento delle grandi navi: la soluzione AMP
Traffico nel porto di Napoli
traffico
2009
2010
merci (t)
19.419.192
22.064.180
515.868
532.432
8.618.000
8.000.000
container (TEU)
passeggeri
(crociere + locale)
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)
3
2425
202
32200
23
26000
43200
22300
9200
7
4560
230
50400
nd
40000
63360
34325
9100
19
6000
269
62800
nd
44000
75600
37800
17500
29
2375
206
32300
24,5
31000
49000
26600
8500
3400
254
43500
24
35200
63400
30000
9300
30
n
numero di navi considerate
Lbp
lunghezza tra perpendicolari
mp
numero massimo di persone a bordo
D
dislocamento di pieno carico
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)
v
pagina
nd
22
non dichiarato
L’implementazione dell’Alternative Maritime Power determinerebbe i seguenti
livelli di emissioni attese:
unità
Psum
SOx
NOx
(kW)
t/h
t/h
3
9200
0,0552
0,0930
7
9100
0,0546
0,919
19
17500
0,1050
0,1768
29
8500
0,0510
0,0859
30
totali
9300
0,0558
0,0940
53600
0,3216
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 1st International Symposium
on Naval Architecture and Maritime,
24-25 ottobre 2011.
In chiusura, è opportuno ricordare in forma sintetica quali siano gli effetti di
queste emissioni sulla salute delle persone.
Ossidi di zolfo
concentrazione
effetti sulla salute
0,06 mg/m3
possibili casi di bronchite e infezioni toraciche
0,3 mg/m3
possibili danni al sistema respiratorio (soprattutto per bambini e anziani)
0,8-2,6 mg/m3
rilevazione olfattiva della sostanza (spinge a cercare una maschera antigas e riparo)
Ossidi di azoto
concentrazione
effetti sulla salute
50-150 mg/m3
(per brevi periodi) possibili danni ai polmoni
100 mg/m3
seri danni all’apparato respiratorio
300-400 mg/m3
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 [ http://tinyurl.com/kffxzsx ] distribuita in occasione di un
recente incontro organizzato dall’Ordine, oppure sul sito italialavoro.it [ http://tinyurl.com/aswayyd ].
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 [email protected].
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