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MIJAC

© Copyright 2013Maritime Innovation Japan Corporation

SOx／NOx規制に関する設計開発動向

(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

2014年 11月25日、28日

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本日の講演内容

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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

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１．ＭＩＪＡＣ設立の背景と目的

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

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日本政策投資銀行

国土交通省

海上技術安全研究所

東京大学

荷主

日本海事協会

日本郵船

今治造船

大島造船所

サノヤス造船

新来島どっく

常石造船

MIJAC船級協会

海運会社

舶用機器メーカー造船所

渦潮電機

大洋電機

ダイハツディーゼル

寺崎電気産業

ナカシマプロペラ

ヤンマー

三菱重工舶用機械エンジン

ナブテスコ

川崎汽船

商船三井

(2社はアドバイザー)

横浜国立大学

大阪大学大阪府立大学

広島大学九州大学

大学

相浦機械

前川製作所

バルチラジャパン

三菱重工業

(4社は共同研究者)

３．オールジャパンのネットワーク

4

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2013年からの継続テーマ一覧

① 30％省エネ船の開発

② 機関部機器の省エネ研究

③ SOｘスクラバーの開発

④ 運航モニタリングデータの活用

⑤ 国産クリーンエンジンのフィジビリティスタディ

⑥ 機関部将来プラントのコンセプト開発

⑦ ＬＮＧ焚き船の開発

⑧ 複合材・接着剤の活用に関する研究

⑨ 海洋エネルギー活用技術の開発

⑩ 大学水槽の活用

４．研究開発テーマ一覧

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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

４．研究開発テーマ一覧

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NOx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)

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

※2 ： 2018年に2020または2025年を決定

５．SOx／NOx規制概要

出典：2013 ClassNK秋季技術セミナーより

※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

SOx規制

MIJAC


SOx対策

対策原理追設タンク還元剤

SOxスクラバを搭載

排ガスをスクラバにより洗浄し、排ガス中に含まれる硫黄分を取り除く

洗浄水は清水あるいは海水が用いられる

苛性ソーダタンク

スラッジタンク苛性ソーダ

LNG焚き機関の搭載

硫黄分を含まない燃料 LNGタンク ―

低硫黄燃料(MGO)の使用

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

MGOタンク ―

６．SOx／NOx規制対策

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SOx対策

燃料動向の調査SOxスクラバ LNG焚き船

対策課題・懸念事項

SOxスクラバを搭載設置スペースの確保、排水規制動向

LNG焚き機関の搭載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

低硫黄燃料(MGO)の使用

供給量、価格動向

深堀りが必要


MIJACの取組み

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• 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

• 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

• 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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SOx対策

燃料動向の調査

SOxスクラバ

LNG焚き船


MIJACの取組み

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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

EGR

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

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

苛性ソーダタンクスラッジタンク

苛性ソーダ

方式メーカー

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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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

ガス分離膜水エマルジョンLNG焚き船

第3のNOx対策を探求


MIJACの取組み

MIJAC


• 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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NOx対策

水エマルジョン

• 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

ガス分離膜


MIJACの取組み

MIJAC


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！！

７．SOx／NOx規制対策-経済性評価-

MGO

LNG(低圧リーンバーン)

LNG(高圧)SOxスクラバ

EGR

SOx対策、NOx対策

SCR

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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 シナリオ4 シナリオ5 シナリオ6

≪SOxスクラバ導入≫ ≪LNG焚き船≫ ≪MGO使用≫

装置

SCR ○ ― ○ ― ○ ―

EGR ― ○ ― ○ ― ○

SOxスクラバ

○ ○ ― ― ― ―

燃料

HFO ○ ○ ― ― ― ―

MGO ― ○ ○ ○ ○ ○

LNG ― ― ○ ○ ― ―

(※パイロット燃料として)

SOx規制、NOx規制対策シナリオ


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運航時期／海域による違い

【装置】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

≪SOxスクラバ導入≫ ≪LNG焚き船≫ ≪MGO使用≫

2016年一般海域無無無無無無

ECA SCRSOxスクラバ

EGR SCR EGR SCR EGR

2025年一般海域 SOxスクラバ SOxスクラバ無無無無

ECA SCRSOxスクラバ

EGR SCR EGR SCR EGR

【燃料】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

運航時期／海域での装置及び使用燃料は以下の通り

～～

～～


MIJAC


出典：海技研との勉強会成果

機関室設備概要 ≪SOxスクラバ導入≫～シナリオ2～


MIJAC



機関室設備概要 ≪LNG焚き船≫～シナリオ4～


MIJAC



機関室設備概要 ≪MGO使用≫～シナリオ5～


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ライフサイクルコストによる経済性評価

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

基本設計条件

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)

“LNG焚き船”に関して

“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)


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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

航路及び運航パターン

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


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『評価年数』

20年間(2017年～2036年)・NOx TierⅢ・SOx 一般海域 0.5%S規制

ECA 0.1%S規制

『ライフサイクルコスト』

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・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

経済性評価手法


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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

HFO

High 900 1,300

Middle 700 1,100

Low 500 900

LNG

High 900 1,300

Middle 700 1,100

Low 500 900

MGO

High 1,100 2,100

Middle 900 1,900

Low 700 1,700

燃料価格：[$/t]

燃料価格設定

為替レート：100[¥/$]


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就航後20年間におけるライフサイクルコスト

燃料価格 High 燃料価格 Low

① 『SOxスクラバ導入 vs LNG焚き船 vs MGO使用』～通常運航～

• “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


( シナリオ1,2 vs シナリオ3,4 vs シナリオ5,6 )

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② 『SOxスクラバ導入 vs LNG焚き船 vs MGO使用』～低負荷運航～


燃料価格 High 燃料価格 Low

• 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

( シナリオ1,2 vs シナリオ3,4 vs シナリオ5,6 )

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通常運航

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

NOx対策：“SCR”

投資回収分岐点

約5年約1年


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通常運航

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


約2年


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通常運航

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


約3年


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燃料価格 High 燃料価格 Low／

⑥ 『SCR vs EGR』 (シナリオ1 vs シナリオ2)

• “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”

“SCR” “EGR”

初期投資＋

尿素水費用

初期投資＋

苛性ソーダ費用＋

追加燃料費用

20年間 20年間


※SCR/EGR共に使用燃料HFOとした

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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


SOxスクラバ

LNG焚き船

MGO

ライフサイクルコスト投資回収期間

2 ～ 3 年

5年

ベース

同程度※燃料価格次第

も高い

同程度SCR

EGR

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“SOxスクラバ”に関して

• 設置スペースの確保

• 排水規制動向

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

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

８．今後の検討課題

MIJAC


“SCR”、“EGR”に関して

• 触媒反応器の設置スペース

• 触媒反応劣化

• 動特性時の排ガス温度確保

• アンモニアスリップ

触媒反応器のコンパクト化

触媒活性温度確保（特に低負荷時）

• 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

SCR

EGR

８．今後の検討課題

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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９．まとめ

MIJAC


ご清聴ありがとうございました

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