Les pompes Lewa contribuent à la réduction des émissions polluantes dans l'industrie du transport maritime

L'ammoniac liquide, un carburant alternatif propre pour les moteurs marins, nécessite des pompes hermétiques et à sécurité intégrée. Les pompes à membrane haute pression de Lewa répondent parfaitement à ces exigences.

En 2021, environ 11 milliards de tonnes de marchandises ont été transportées par voie maritime dans le monde entier, soit près de 90 % de l'ensemble des marchandises échangées. Produisant plus d'un million de tonnes de gaz à effet de serre, le secteur du transport maritime est à l'origine d'environ 3 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone par an. À cela s'ajoutent d'autres polluants, tels que les oxydes de soufre, les oxydes d'azote, les composés organiques volatils et les substances appauvrissant la couche d'ozone (ODS pour ozone-depleting substances). Dans les zones côtières définies par la convention MARPOL comme des zones de contrôle des émissions, ces polluants sont soumis à des limites de plus en plus strictes. L'ammoniac (NH3) occupe actuellement le devant de la scène dans la recherche de carburants propres alternatifs au fioul lourd qui a été principalement utilisé jusqu'à présent. Contrairement au GPL et au GNL, il n'émet pas de CO2 lors de sa combustion. Cependant, ce gaz est à la fois toxique pour l'homme et les animaux et nocif pour l'environnement. La technologie employée pour utiliser l'ammoniac liquide comme combustible doit donc être hermétique et garantir une sécurité d'exploitation maximale. Les pompes à membrane haute pression de LEWA répondent à ces exigences. Grâce à leurs mécanismes de sécurité standard, elles conviennent aux fluides dangereux, toxiques et nocifs pour l'environnement tels que le NH3, même dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

Rien qu'en 2018, l'industrie du transport maritime a été à l'origine de 1 076 millions de tonnes d'émissions de gaz à effet de serre, dont 1 056 millions de tonnes de CO2, soit une augmentation d'environ 90 % par rapport à 2008. Si le secteur ne change pas, les niveaux d'émissions devraient atteindre 130 % de ceux de 2008 au cours des 25 prochaines années. Pour améliorer ces prévisions, l'Organisation Maritime Internationale (OMI) a élaboré en 2018 une stratégie de lutte contre les gaz à effet de serre qui vise à réduire les émissions de dioxyde de carbone du secteur du transport maritime de 40 % d'ici à 2030 et de 70 % au total d'ici à 2050. Outre l’extension des zones de contrôle des émissions définies dans l'accord MARPOL, l'indice de conception de l'efficacité énergétique des nouveaux navires (EEDI) et le plan de gestion de l'efficacité énergétique des navires (SEEMP) réglementent l'efficacité énergétique et les émissions de CO2 des navires nouvellement construits. Les anciens modèles de plus de 400 GT doivent quant à eux se conformer aux nouvelles réglementations de l'indice de conception de l'efficacité énergétique des navires existants (EEXI) depuis 2023.

L'ammoniac liquide, un carburant marin durable

Dans le but de réduire les émissions et la consommation de carburant tout en augmentant les performances et en assurant un fonctionnement rentable, la technologie bi carburant des moteurs marins ont conquis le marché depuis plusieurs années. Elle offre une grande souplesse quant aux carburants utilisés, qu'il s'agisse de diesel marin pur, de fioul lourd ou de gaz. En ce qui concerne le gaz, le GNL et le GPL (propane/butane), qui conviennent particulièrement aux navires-citernes de gaz liquéfié, ont été principalement utilisés jusqu'à présent. Il s'agit toutefois de gaz fossiles qui, s'ils rejettent globalement moins de polluants lors de la combustion, émettent tout de même une quantité considérable de CO2. En outre, le GNL est principalement composé de méthane (CH4), environ 25 fois plus nocif pour le climat que le CO2, qui présente des fuites lors notamment de son chargement dans les réservoirs. C'est pourquoi le GNL et le GPL ne sont que des technologies de transition sur la voie d'une propulsion navale totalement exempte de carbone.

Utilisé pour la première fois comme carburant de substitution en 1943 en raison d'une pénurie de diesel, l'ammoniac (NH3) n'émet pas de particules, d'oxydes d'azote ou de CO2 lors de la combustion et n’appauvrit pas la couche d'ozone. Jusqu'à présent, il était obtenu à partir d'azote (N2) et d'hydrogène (H2) par le procédé Haber-Bosch, qui nécessite une grande quantité d'énergie. La production d'hydrogène est particulièrement critique d'un point de vue environnemental, car l'H2 a jusqu'à présent été séparé du méthane fossile. Cependant, avec le développement de procédés de production durable d'H2 par électrolyse utilisant des énergies renouvelables à l'échelle industrielle, le NH3 devient maintenant un carburant attrayant pour les systèmes de propulsion des navires propres et durables. Il apporte également une réponse positive à l'importante question de l'état de veille (WTW) qui désigne l'ensemble du processus de production, de livraison et d'utilisation du carburant à bord des navires, ainsi que toutes les émissions qui en résultent. Grâce aux nouveaux procédés, le NH3 présente une option intéressante.

Fin 2023, le premier projet mondial d'ammoniac pour les vraquiers a été lancé. Dans le cadre d'un accord quadripartite, l'opérateur belge de vraquiers CMB.TECH a désigné le fabricant de moteurs WinGD ainsi que CSSC Qingdao Beihai Shipbuilding (QBS) et CSSC Engine Co (CSE) pour produire les huit premiers vraquiers de 210 000 DWT propulsés au NH3. Ces navires seront livrés au cours des trois prochaines années.

Une technologie de pompe hermétique dans les entraînements à double carburant NH3

Le fabricant de moteurs MAN Energy Solutions prévoit également une augmentation rapide de ce carburant, qui devrait représenter environ 40 % de l'ensemble des carburants utilisés dans les moteurs bi carburant d'ici à 2030. Compte tenu de ces prévisions prometteuses, il n'est guère surprenant que la commande des premiers navires de transport d'ammoniac ait déjà été passée, même si les moteurs marins destinés à cette application sont encore en cours de développement. Cependant, le NH3, en tant que carburant, reste hautement toxique pour l'homme et les animaux, et il réagit avec d'autres polluants atmosphériques pour former des particules indésirables dans l'atmosphère.

Une technologie de pompe hermétique et à sécurité intégrée est donc nécessaire pour transférer le NH3 de manière fiable à l'intérieur du navire et l'injecter avec précision dans le moteur. Le défi : Les pompes à piston conventionnelles, qui sont généralement utilisées pour ce type d'applications à haute pression, présentent une fuite naturelle au niveau du joint du piston en raison de leur conception. Pour les systèmes d'alimentation en gaz combustible (FGSS) des systèmes de propulsion bi carburant avec NH3 des navires, seules les pompes à membrane haute pression conçues sans joints dynamiques peuvent donc être envisagées. Cela permet de créer une chambre de travail hermétiquement fermée qui exclut toute possibilité d'émission.

Les pompes à membrane triplex LEWA pour FGSS

Grâce à leur construction robuste et à leur sécurité de fonctionnement maximale, les pompes à membrane triplex LEWA à faible pulsation ont jusqu'à présent fait leurs preuves en tant que pompes à carburant dans les FGSS, principalement pour le GPL - mais rien ne s'oppose à ce qu'elles soient utilisées avec du NH3. Les pressions requises d'environ 85 bars peuvent être atteintes très facilement avec les pompes à membrane triplex LEWA. Pour les têtes de pompe de la série M900, qui ont fait leurs preuves sur le terrain depuis de nombreuses années, cette valeur se situe même dans la partie inférieure du spectre de performance possible, qui s'étend jusqu'à 500 bars. Les particules ou les résidus d'huile dans le carburant peuvent également être transportés sans problème. Comme les pompes à membrane présentent une sécurité illimitée en cas de fonctionnement à sec, des pannes coûteuses ne peuvent pas se produire, même si d'autres défaillances surviennent dans le système d'approvisionnement en carburant. En outre, les systèmes sont conçus de manière à pouvoir être entretenus et réparés par l'équipage directement à bord, à l'aide de moyens simples.

La membrane sandwich brevetée avec système de surveillance intégré garantit que les pompes à membrane triplex LEWA restent hermétiques même si la membrane est endommagée. Cela garantit qu'aucun NH3 dangereux ne peut s'échapper, même dans des conditions de fonctionnement extrêmes. La protection intégrée contre les surpressions et la surveillance optionnelle de la pompe par LEWA Smart Monitoring complètent les normes élevées de sécurité de fonctionnement.
Les systèmes de surveillance intelligents deviendront de plus en plus importants dans l'industrie maritime au cours des prochaines années, car la numérisation progresse également dans ce domaine. Souvent, les cargos nouvellement construits sont déjà rendus « plus intelligents ». Le NH3 étant un carburant marin propre et durable à long terme, les entraînements correspondants pourraient également jouer un rôle dans le développement de navires autonomes et intelligents au cours des prochaines décennies.