I/O-systeem voor de reiniging van uitlaatgassen op schepen

In veel havens en kustgebieden gelden strenge emissiegrenswaarden, die door het overgrote deel van de schepen met conventionele brandstoffen simpelweg niet nageleefd kunnen worden. Rederijen zijn dan ook genoodzaakt om hun vloot in technisch opzicht te moderniseren om internationaal zonder beperkingen te kunnen opereren. ETB Energietechnik Bremen ontwikkelt en verkoopt speciale installaties voor de nabehandeling c.q. reiniging van uitlaatgassen. Met deze installaties kan de emissie van schadelijke stoffen in sterke mate gereduceerd worden. Hierbij moet de toegepaste besturings- en regeltechniek de ruwe omstandigheden op zee het hoofd kunnen bieden. ETB heeft daarom gekozen voor het WAGO I/O-SYSTEM.

In de internationale scheepvaart worden vooral brandstoffen gebruikt die uitermate problematisch zijn als het om de uitstoot van schadelijke stoffen (roet, stikstofoxide en zwaveloxide) gaat. Hierdoor wordt de lucht in kustgebieden en in havensteden meer dan toegestaan belast. Op dit gebied zijn in de afgelopen jaren tal van regelingen inzake de luchtemissies van schepen in werking getreden, onder andere met betrekking tot zwaveloxide (SOx), stikstofoxide (NOx), ozonlaag afbrekende stoffen (waaronder FCKW), het verbranden van afval en reststoffen aan boord, de energie-efficiëntie (EEDI) en de invoering van zogenoemde "Emission Control Areas" (ECA).

Sinds het in werking treden van bijlage VI van het MARPOL-verdrag, het internationale verdrag ter voorkoming van verontreiniging door schepen, gelden wereldwijd aanzienlijk strengere limieten voor scheepsbrandstoffen. Rederijen verplichten zich ertoe een speciaal filtersysteem te installeren om uitlaatgasemissies te reduceren. Voor Oost- en Noordzee als zogenoemd emissiecontrolegebied (afkorting: ECA) geldt hierdoor bijvoorbeeld sinds 2010 een limiet van 1 % zwavel, sinds 1 januari 2015 zelfs een limiet van 0,1 % zwavel in de brandstof. ETB Energietechnik installeert dergelijke filtersystemen zowel bij nieuwe als bij oude schepen om aan de emissiegrenswaarden te kunnen voldoen. Het bedrijf kijkt terug op jarenlange ervaring op het gebied van de energie- en milieutechniek, en is onder andere gespecialiseerd in de installatie van dieselpartikelfilters.

Bij de bouw van een 105 meter lang privéjacht tekent ETB verantwoordelijk voor de installatie van het uitlaatgasfiltersysteem, waarmee dankzij de keramische filtergraten circa 99 % van de partikels uit de uitlaatgassen gefilterd kan worden. De reststoffen zetten zich in de filters af en oxideren tijdens bedrijf bij hoge temperaturen tot waterdamp en koolstofdioxide. "Met ons systeem weten wij een extreem hoog filtereffect te bereiken, in tegenstelling tot de gaswassystemen, de zogenoemde scrubbers, die slechts 50 % van de roetpartikels kunnen binden", licht Michael Bajohr, technisch manager bij ETB, toe. Naast een betere reiniging is ook nog eens minder ruimte én minder onderhoud nodig, benadrukt Bajohr. "Wij hebben bewegende delen achterwege gelaten en de onderhoudswerkzaamheden voor de asbehandeling hoeven slechts om de 2.500 tot 4.000 bedrijfsuren uitgevoerd te worden. Scrubbers zijn gewoon een stuk groter, verbruiken veel waswater of de installaties mogen alleen in havens worden gebruikt. Met name in de passagiersvaart heeft onze techniek hoge ogen weten te gooien."

Het reinigingsvermogen en het energieverbruik van de filtersystemen worden door een elektronische besturing permanent geregeld en geoptimaliseerd. "De besturingscomponenten zijn in een schakelkast ondergebracht. Daarvoor hebben we aan boord natuurlijk weinig ruimte én moeten we rekening houden met de vaak extreme omgevingsomstandigheden. Aangezien veel rederijen geen klimaatregeling in de schakelkast willen hebben vanwege het optredende condensaat, hebben we naar geschikte elektrische en elektronische componenten gezocht", licht de technische manager van ETB de technische eisen toe.

Op schepen vormen de zouthoudende lucht, aanzienlijke temperatuurschommelingen, sterke trillingen, schokbelastingen en grote spanningsschommelingen in het boordnet een extreme uitdaging voor de betrouwbaarheid van de elektrische apparatuur en van de elektronische besturingen. ETB zocht dan ook naar een meer dan robuust en compact I/O-systeem, dat gemiddelde omgevingstemperaturen van -5 tot +55 graden Celsius probleemloos het hoofd kan bieden en bij hitte- en koudepieken onverstoorbaar verder werkt. Producten van meerdere aanbieders werden onder de loep genomen, de keuze viel uiteindelijk echter op het WAGO I/O-SYSTEM 750 XTR. Naast de scheepstoelatingen, onder andere van Germanische Lloyd (GL), gaven de elektromagnetische compatibiliteit, de ongevoeligheid voor storingen en uitvallen én de veldbusonafhankelijke interfaces de doorslag voor het automatiseringssysteem uit Minden.

De uitlaatgassen van de dieselmotor worden voor een betere regeling en minimalisering van de energiebehoefte van het verbrandingsproces over meerdere strengen verdeeld en afzonderlijk door het filtersysteem geleid. Hierbij wordt de temperatuur van iedere luchtstroom, afhankelijk van de hoeveelheid uitlaatgassen van de motor, afzonderlijk geregeld. Sensoren registreren hiervoor continu de belasting van de motor, de druk en de temperatuur. Voor het beheer van de inkomende gegevens en het doorsturen van deze gegevens naar de besturing, maakt ETB gebruik van een Ethernet-switch (852-111), een Ethernet-veldbuscoupler (750-352/040-000) en passende I/O-klemmen voor analoge en digitale in- en uitgangen. De veldbuscoupler genereert aan de hand van de fysieke in- en uitgangen een digitale procesbeschrijving waarop de bovengeschikte besturing via MODBUS/TCP kan toegrijpen.

Voor het privéjacht heeft ETB bovendien een nieuwe software met extra comfortfuncties ontwikkeld, waaronder een bewakingsmodel voor as. De exploitant van het jacht hoeft bij het onderhoud van de filterelementen dus niet meer uitsluitend te vertrouwen op ervaringswaarden. Ervaringswaarden kunnen immers ook schommelen, afhankelijk van smeerolieverbruik, type smeerolie en brandstofverontreinigingen. Met de nieuwe software worden de bedrijfstoestanden van de filters voortdurend bewaakt en wordt ook het energieverbruik door een geoptimaliseerde besturing met ongeveer een derde gereduceerd. "Met het WAGO I/O-SYSTEM 750 XTR hebben we voor de juiste techniek gekozen, die we ook bij toekomstige projecten graag willen toepassen", bevestigt Michael Bajohr de goede ervaringen met WAGO.

Auteur: Norman Südekum

Foto's: Martin Ortgies