Biogás pode ajudar o envio global a ficar verde

O setor de transporte global carrega 80% a 90% do comércio global, mas o setor ainda não começou a descarbonizar de maneira significativa. Enquanto o transporte marítimo é relativamente eficiente em comparação com o transporte aéreo ou rodoviário, a indústria de navegação ainda emite aproximadamente 1 bilhão de toneladas de CO ₂ E anualmente. Enquanto isso, a tonelagem comercial deve crescer até 130% até 2050, de acordo com a Organização Marítima Internacional (IMO). Cerca de 99% das necessidades de energia do setor ainda são preenchidas por combustíveis fósseis, apesar da intensa pressão de clientes, formuladores de políticas e sociedade em geral para acelerar a descarbonização. No entanto, é amplamente reconhecido que a maior redução deve vir da substituição de combustíveis fósseis por alternativas de baixo carbono, como combustíveis eletrônicos (feitos com co-biogênico capturado

Efficiency improvements can help reduce the shipping sector's greenhouse gas emissions. Yet it is widely acknowledged that the largest reduction must come from replacing fossil fuels with low-carbon alternatives such as e-fuels (made with captured biogenic CO₂ and clean hydrogen), biofuels, or battery-electric propulsion. Choosing the optimal low-carbon alternative for a given route depends on many factors beyond cost and emissions intensity, such as fuel availability, performance, safety, and supply security. The shipping industry's future is expected to include a tapestry of different fuels.

Muitas alternativas de baixo carbono existem aos combustíveis marinhos atuais (consulte "Power de sobrar"). Embora a e-amonia e o e-metanol tenham recebido a maior parte da atenção dos jogadores de transporte que procuram descarbonizar, defendemos os combustíveis de biogás-pathway, que incluem biometano (chamado gás natural renovável, ou RNG, na América do Norte) e biometanol derivados de biogás. Hoje, esses dois combustíveis são as alternativas de baixo carbono mais maduras e acessíveis e acreditamos que elas representam as melhores opções de descarbonização de curto prazo para muitos no setor de transporte marítimo. Nas condições certas, os combustíveis de biogás-pathay têm o potencial de descarbonizar até 15% para 30% ¹ 1 Assume a matéria-prima disponível de 40-80 EJ (extremidade inferior, de acordo com a disponibilidade de resíduos e resíduos). Assume 2-4 EJ de combustíveis de biogás-pathway como participação justa para o transporte, da oferta global de biogás de 25 EJ em 2050. de remessa global até 2050.

If use of biogas-pathway fuels is to reach its potential, industry stakeholders must work together to overcome several hurdles. These include the availability of sustainable feedstocks, lack of production and transport infrastructure, competition with other sectors, and the potential for fugitive emissions from upstream and onboard leakage. Such challenges can be overcome and biogas-pathway fuels can play a meaningful role in the effort to decarbonize the marine shipping industry.

The Case for Biogas-Pathway Fuels

Biogas is a mixture of methane and CO₂ that is produced via the anaerobic digestion of biomass. It can be further processed into biomethane or biomethanol, which we refer to as biogas-pathway fuels. Liquified biomethane (LBM) can directly replace liquefied natural gas in suitable marine engines, while biomethanol is a liquid at room temperature that can be used interchangeably with e-methanol.

Biogas-pathway fuels offer several advantages as low-carbon alternatives for the shipping industry:

• Maturity. O processo de produção para esses combustíveis é totalmente maduro e as quantidades úteis já estão disponíveis. Entre 0,3 e 0,4 exajoules (ej) ² 2 Consistente com a Cedigaz “Avaliação do Mercado Global de Biometano 2022” (7,4 BCM ou 0,3 EJ em 2022) de biometano é atualmente produzido e usado para uma variedade de aplicações, e o suprimento pode crescer entre 2 e 5 EJ por 2030. ³ 3 A faixa inferior e superior representa políticas declaradas e cenários de desenvolvimento sustentável, respectivamente, conforme citado na IEA "perspectivas para biogás e biometano" (2020). Esses volumes são significativamente maiores que outros suprimentos de combustível de baixo carbono e podem ajudar consideravelmente a atender aos 13 13 do setor de transporte global 13 EJ ⁴ 4 MC-GINNEY MC-KINNEY MC-KINNEY CENTRO PARA GRANHO DE NACO JERO “Documento de Posição: Cenários de Opção de Combustível”. Demanda final de energia.
• Disponibilidade de matéria -prima. A digestão anaeróbica é um método de tratamento de resíduos adequado para matérias -primas tão diversas quanto cascas de milho, lodo de esgoto e lixo diário. Ele fornece um conjunto maior de suprimentos de matéria -prima (até 40 EJ de resíduos e resíduos Compared to other biofuels, a broad range of feedstocks can be used. Anaerobic digestion is a suitable waste treatment method for feedstocks as diverse as corn husks, sewage sludge, and everyday trash. It provides a larger pool of feedstock supply (up to 40 EJ from waste and residues sozinho) ⁵ 5 O sexto relatório de avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC AR6) cita uma gama de potencial de bioenergia de 5-50 EJ a partir de resíduos e resíduos, enquanto Irena estima um potencial total de resíduos e resíduos de aproximadamente 45 EJ, em 2020. Excluindo resíduos florestais, o potencial de energia relevante para a Resterobic Sustobic plantações. do que matérias-primas para outros biocombustíveis, como o biodiesel, que só podem ser produzidos a partir de um conjunto estreito de óleos e gorduras (estimado em apenas 2 EJ).
• Reduções de emissões. Isso ocorre porque, na produção de biogás, as emissões de GEE que ocorreriam da decaimento natural do material orgânico são capturadas e desviadas. Os materiais que emitem naturalmente grandes quantidades de metano durante a decaimento, como o esterco animal, oferecem as maiores reduções nas emissões de GEE quando usadas para biogás-assumindo o gerenciamento bem-sucedido de emissões fugitivas. A amônia é tóxica para a vida aquática em concentrações de 0,07 mg/litro, tornando -a 1.000 vezes mais mortal que o óleo combustível pesado atual e levanta grandes preocupações sobre o impacto ambiental dos derramamentos. O metano é de toxicidade semelhante, pois o óleo combustível pesado ao peixe, e o metanol é muito mais seguro. Para alcançar a mesma toxicidade para pescar como um derramamento de óleo combustível pesado, seria necessário 200 vezes mais metanol. O biometano liquefeito custa entre US $ 17 e US $ 31 por gigajoule (GJ) Biogas-pathway fuels offer the potential for reductions greater than 100% in well-to-wake emissions compared with typical fuel oil. This is because in the production of biogas, GHG emissions that would have occurred from the natural decay of organic material are captured and diverted. Materials that naturally emit large amounts of methane during decay, such as animal manure, offer the largest reductions in GHG emissions when used for biogas—assuming the successful management of fugitive emissions.
• Lower toxicity. Biogas-pathway fuels are far less toxic to humans and aquatic life than ammonia. Ammonia is toxic to aquatic life at concentrations of 0.07 mg/liter, making it 1,000 times more deadly than current heavy fuel oil, and raises major concerns about the environmental impact of spills. Methane is of similar toxicity as heavy fuel oil to fish, and methanol is much safer. To reach the same toxicity to fish as a spill of heavy fuel oil, it would require 200 times as much methanol.
• Affordability. Finally, these two fuels are the most affordable low-carbon fuels. Liquefied biomethane costs between $17 and $31 per gigajoule (GJ) hoje ⁶ 6 Os valores representam os custos médios de produção global, não os preços de venda. Não são assumidos impostos ou incentivos. e biometanol da digestão anaeróbica podem ser produzidos por US $ 25 e US $ 45 por GJ. Em comparação, prevê-se que o custo de produção da E-AMMONIA caia apenas entre US $ 30 e US $ 55 por GJ até 2030, enquanto os custos de e-metanol estão previstos entre US $ 40 e US $ 60 por GJ em 2030. Além disso, a acessibilidade a longo prazo desses dois E-Fuels é contingente na ampla adoção de 196 anos. Ofereça várias vantagens como alternativas de baixo carbono para o setor de transporte marítimo.

Muitos combustíveis de baixo carbono provavelmente desempenharão um papel no esforço de descarbonizar o setor de transporte marítimo. O Maersk Mc-Kinney Møller Center estima que o setor de transporte marinho profundo em 2050 usará quatro tipos de combustível principais diferentes (produzidos a partir de várias vias de produção) e, independentemente de qual combustível de baixo carbono se torne dominante, o combustível mais usado será responsável por não mais de 54% do total. Até então, os combustíveis de biogás-pathway poderiam representar 19% a 37% do geral Mix. ⁷ 7 O limite superior para combustíveis de biogás-pathway (37%) assume que todo o biometanol é produzido pela via do biogás, isto é, nenhum é produzido via gaseificação de biomassa.

Quatro obstáculos

Se os combustíveis de biogás-pathway forem atingindo todo o seu potencial como alternativas de baixo carbono para o setor de transporte, companhias de navegação, formuladores de políticas e associações da indústria precisarão trabalhar juntos para superar quatro obstáculos à sua ampla adoção (consulte a adoção (consulte, consulte a ampla adoção (consulte, consulte sua ampla adoção (consulte, consulte a sua ampla adoção (consulte, consulte a sua ampla ampla parte 1).

Feedstock Availability. haverá matéria -prima suficiente de biomassa disponível? Depende. As estimativas mais otimistas do potencial energético do estoque global de biomassa sustentável de hoje relevantes para os biocombustíveis são aproximadamente 50 EJ. ⁸ 8 50 O EJ é consistente com a extremidade superior da faixa de potencial de energia de resíduos e resíduos (5-50 EJ) citados no sexto relatório de avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC AR6). Isso inclui apenas a biomassa de segunda geração ("resíduos e resíduos") que não compete com os alimentos, não causa mudanças adversas no uso da terra e é prático de coletar. Ele vem principalmente de resíduos agrícolas, mas também de outros resíduos orgânicos, nem todos (como resíduos florestais) podem ser usados ​​para a produção de biogás. O potencial de energia dos resíduos e resíduos disponíveis especificamente para digestão anaeróbica é estimado em até 40 EJ.

apenas cerca de 3 EJ ⁹ 9 Estimado na produção global de biogás com base na eficiência da produção de 62-64%, conforme citado na "produção de biometano por meio da DA e gaseificação de biomassa", Li et al. (2017). Atualmente, a biomassa está sendo capturada e convertida em biogás. Após as perdas de conversão, o conteúdo total de energia do biogás produzido hoje é estimado em apenas 1,8 a 2 EJ. ¹⁰ 10 Consistente com os dados da Associação Mundial de Bioenergia (1,46 EJ em 2020) assumindo CAGR 9% similares a 2023, conforme observado nos últimos 20 anos. Isso está bem aquém do volume necessário para atender às necessidades de energia do setor de transporte de cerca de 13 EJ, principalmente ao considerar os muitos outros usos do biogás. No curto prazo, mercados em desenvolvimento como o Brasil oferecem um tremendo potencial para capturar matérias-primas subutilizadas e incentivar o tratamento sustentável de orgânicos

Several actions can be taken to boost the global supply of sustainable biomass. In the near term, developing markets such as Brazil offer tremendous potential to capture under-utilized feedstocks and encourage the sustainable treatment of organic resíduos. ¹¹ 11 O potencial sustentável não assume não desmatamento ou alterações adversas de uso indiretas da terra (ILUC). Devido à natureza global do setor de navegação, as empresas de navegação têm acesso único a esses recursos. Investir na produção de combustível a montante agora pode garantir um fornecimento adequado de matéria -prima a preços estáveis ​​nas próximas décadas. Finalmente, há um potencial adicional de longo prazo de novas matérias-primas habilitadas para tecnologia, como culturas sustentáveis ​​e ecologicamente seguras, e até as algas.

Technological innovation will also be needed to increase the energy potential of existing feedstocks, such as straw, and to optimize the energy yield from the anaerobic digestion process by customizing reactor conditions to the feedstock mix. Finally, there is additional longer-term potential from new technology-enabled feedstocks such as sustainable and ecologically safe purpose-grown crops, and even algae.

Infraestrutura de produção e transporte. hoje Tão 6% da matéria -prima relevante está sendo capturada para a produção de biogás. Apenas ao redor 20% ¹² 12 Uma participação muito pequena (<1%) é convertida em biometanol hoje. de biogás é atualizado para o biometano, resultando em um suprimento global de biometano de 0,3 a 0,4 EJ. ¹³ 13 Cedigaz “Mercado Global de Biometano 2023 Avaliação” cita um volume de produção de 2022 de 7,4 BCM ou 0,28 EJ e observa um CAGR nos últimos cinco anos de 20%, resultando em um valor estimado de 2023 de 0,34 EJ. Melhorar isso exigirá uma grande expansão global dos meios para coletar matéria -prima não utilizada, produzir biogás, atualizar -a para biometano ou biometanol e transportar o combustível para os portos. Obter mais exigirá melhorias e expansões para a infraestrutura e as inovações para as próprias matérias -primas (como palha de briquetização para permitir o transporte mais eficiente). A indústria também deve apoiar investimentos fora da Europa e da América do Norte, onde geralmente há uma necessidade adicional não atendida de gás natural. Instalações e tubulações de GNL também podem ser usados ​​para transportar biogás. Isso inclui instalações de produção solar, eólica, hidrogênio verde e combustíveis eletrônicos. Isso é particularmente relevante quando a produção de combustível de baixo carbono está sendo subsidiada, como está nos EUA através da Lei de Redução da Inflação. Para garantir que os combustíveis finais tenham sido produzidos de forma sustentável e, assim, cumprirem suas metas de redução de GEE, os sistemas globais para garantir sua origem e certificar seu status de baixo carbono devem ser desenvolvidos. Os esquemas existentes são limitados por limites do país ou regional e dificultados por requisitos e complexidades locais legítimos.

In Europe and North America, companies are already making use of the most easily accessible feedstocks. Getting more will require improvements and expansions to infrastructure and innovations to the feedstocks themselves (such as briquetting straw to enable more efficient transport). The industry must also support investments outside of Europe and North America, where there is often an additional unmet need for natural gas. LNG facilities and pipelines can also be used to transport biogas.

Modern biogas production facilities should build synergies with other emerging low-carbon infrastructure, specifically those where the waste stream of CO₂ from biogas production can be used in the production of e-methanol and e-hydrocarbon fuels. These include solar, wind, green hydrogen, and e-fuel production facilities. This is particularly relevant where low-carbon fuel production is being subsidized, as it is in the US through the Inflation Reduction Act.

Governments and industry associations must work together to create fundamental policy mechanisms to transport biogas-pathway fuels to where they are most needed. To ensure that the final fuels have been sustainably produced and thus meet their GHG abatement goals, global systems for guaranteeing their origin and certifying their low-carbon status must be developed. Existing schemes are limited by country or regional boundaries and hampered by legitimate local requirements and complexities.

O balanceamento em massa permite que os produtores de biometano vendam seu combustível em grades de gás natural existentes e permitem que os consumidores de combustível comprem esse biometano da grade por meio de um certificado, assim como certificados de energia renovável no setor de energia. É essencial se a infraestrutura existente for usada para conectar compradores e vendedores. À medida que o equilíbrio em massa se torna disponível de maneira mais ampla, as associações do setor podem incentivar as companhias de navegação a participarem de endosso e educação. Juntos, essas políticas permitem que os navios navegam em águas internacionais comprem combustíveis certificados de baixo carbono em qualquer porta que visitarem.

Competição com outros setores. Além de ser um combustível promissor para o envio, o biometano é um combustível flexível que pode ser usado como substituição para qualquer uso existente de gás natural. Como o gás natural, a maioria dos biometano hoje é usada para produzir energia e calor. Mesmo no caso mais otimista, os suprimentos de biometano ficarão bem aquém da satisfação de toda a demanda existente por gás natural e nova demanda das aplicações de transporte, incluindo transporte e transporte pesado. Para maximizar seus benefícios sociais, o biometano deve fluir em direção a aplicações que oferecem um ajuste forte e poucas alternativas promissoras de descarbonização. O gás natural é o combustível de aquecimento mais comum, atendendo a 42% da demanda em 2021. A maior parte da demanda por calor, no entanto, é endereçada hoje com bombas de calor elétricas, que podem gerar calor três vezes mais eficientemente do que os ativos à base de gás. Alguma demanda por calor não pode ser eletrificada hoje, como calor de alta temperatura para processos industriais. No entanto, isso também pode ser atendido usando hidrogênio de baixo carbono ou, em um futuro próximo, com soluções eletrificadas emergentes, como fornos elétricos. A aceleração da adoção dessas tecnologias alternativas de descarbonização disponibilizará mais biometano para o setor de transporte marítimo. No entanto, o hidrogênio de baixo carbono também é um combustível atraente para esse setor. Além disso, à medida que as baterias melhoram, a eletrificação está se tornando uma solução viável para um conjunto mais amplo de veículos na estrada, o que pode incluir caminhões de estrada pesada nos próximos anos. No entanto, muito pouco biometano ou biometanol é usado hoje no setor de navegação. Aumentar a conscientização dos benefícios desses combustíveis para o transporte é um primeiro passo necessário para aumentar sua adoção. Os formuladores de políticas podem garantir que os combustíveis de biogás-pathway recebam o mesmo apoio que outros combustíveis de baixo carbono, sujeitos a requisitos de sustentabilidade e o tratamento do transporte como um uso final favorável para esses combustíveis. Isso pode exigir a atualização da legislação existente, como o revowereu, que não inclui pedidos de transporte em sua meta de 2030 para a demanda de biometano da UE. Uma cadeia de suprimentos integrada eliminaria a necessidade de competir com outros setores de biogás. Também reduziria a complexidade do desenvolvimento e marketing de produtos de remessa verde, que por sua vez poderiam gerar receita adicional para financiar o desenvolvimento de cadeias de fornecimento de combustível.

Heating, for example, accounts for a massive 50% of global final energy consumption, according to the International Energy Agency (IEA). Natural gas is the most common heating fuel, meeting 42% of demand in 2021. Most of the demand for heat, however, is addressable today with electric heat pumps, which can generate heat three times more efficiently than gas-based assets. Some demand for heat cannot be electrified today, such as high-temperature heat for industrial processes. However, this can also be met using low-carbon hydrogen or, in the near future, with emerging electrified solutions such as electric furnaces. Hastening the adoption of these alternative decarbonization technologies will make more biomethane available to the shipping industry.

As societies around the globe work to decarbonize, biomethane (either compressed, or liquefied to be delivered as bio-LNG) is also attracting interest for use in heavy-duty transport. However, low-carbon hydrogen is also an attractive fuel for this sector. In addition, as batteries improve, electrification is becoming a feasible solution for a broader set of on-road vehicles, which could potentially include heavy-road trucking in years ahead.

Biomethane is particularly good for shipping because of its energy-dense portability, affordability, maturity compared to other low-carbon fuel options, and compatibility with existing LNG infrastructure. Yet very little biomethane or biomethanol is used in the shipping sector today. Raising awareness of the benefits of these fuels for shipping is a necessary first step towards increasing their adoption. Policymakers could ensure that biogas-pathway fuels receive the same support as other low-carbon fuels, subject to sustainability requirements and the treatment of shipping as a favorable end use for these fuels. This may require updating existing legislation such as REPowerEU, which does not include transport applications in its 2030 target for EU biomethane demand.

The shipping industry can generate further momentum for the adoption of biogas-pathway fuels by integrating upstream and producing the fuel themselves. An integrated supply chain would eliminate the need to compete with other sectors for biogas. It would also reduce the complexity of developing and marketing green shipping products, which in turn could generate additional revenue to fund the development of fuel supply chains.

Greenhouse Gas Impact. O metano é um potente gás de efeito estufa. Seu impacto de aquecimento é 30 vezes maior que o CO ₂ durante um período de 100 anos e 85 vezes maior em um período de 20 anos. Devido à sua potência, mesmo pequenos vazamentos de metano devem ser evitados. O impacto benéfico de GEE dos combustíveis de biogás pode ser seriamente corroído por vazamentos de metano durante sua produção, transporte ou uso de navios a bordo. Ao preparar os regulamentos, os formuladores de políticas podem considerar as emissões completas do ciclo de vida do biometano e biometanol, incluindo seu potencial de aquecimento global de 20 anos, e requerem medição e rastreamento de vazamentos de metano ao longo de toda a cadeia de valor. Os jogadores de expedição devem implementar ferramentas de rastreamento e visualização de metano para encontrar e conectar vazamentos onshore e a bordo de seus navios. Finalmente, as tecnologias do motor que reduzem o deslizamento do metano - o metano que escapa não queimado dos motores - como hibridação e recirculação de gases de escape devem ser desenvolvidos.

Concrete actions can be taken to mitigate the risks of methane leaks. When preparing regulations, policymakers could consider the full lifecycle emissions of biomethane and biomethanol, including their 20-year global warming potential, and require measurement and tracking of methane leaks along the entire value chain. Shipping players should implement methane tracking and visualization tools to find and plug leaks onshore and onboard their ships. Finally, engine technologies that reduce methane slip—methane that escapes unburned from engines—such as hybridization and exhaust gas recirculation, should be developed.

Cinco ações

As partes interessadas da indústria marítima devem seguir imediatamente cinco ações-chave para acelerar a adoção de combustíveis de biogás-pathway na indústria de transporte:

1. Stimulate biogas production development, especially in regions with large amounts of untapped feedstock.
2. Vertically integrate biogas production development to ensure volume security and price stability.
3. Use globally-recognized certificates or guarantees of origin to enable development and marketing of biogas-based green shipping products.
4. Educate the shipping industry and ensure that policy can enable the fundamental merits of biogas.
5. Invest in innovation and use regulation to speed adoption of technologies to limit onboard methane leaks and slip.

Exhibit 2 offers specific activities for shipping players, policymakers, and shipping industry associations to promote the use of biogas-pathways fuels today.

Conclusion

Despite little progress until recently, the shipping industry is finally building momentum towards decarbonization. With the IMO’s recent agreement to achieve net-zero emissions by or around 2050, and the publication of the final FuelEU Maritime legislation, the legislative framework supporting decarbonization has never been stronger. Increased investment in low-carbon fuels and supporting infrastructure is sure to follow, with renewed debate regarding the merits of each low-carbon option.

Promoting biogas for investment and development will accelerate progress towards the full decarbonization of the sector. And it need not slow investment and development in other green fuels, all essential to the future of the shipping industry. Moving towards net zero must be a collective pursuit.

Like all fuel pathways, there are challenges to be overcome for biogas-pathway fuels to realize their full potential. But solutions are available and achievable, through the concerted effort of all stakeholders.

The authors would like to thank Roberta Cenni, Head of Biofuels at the Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping, and Mike Tupy, Principal Engineer at Cargill, for their contributions to this article.