Зріджений природний газ як стратегічний вектор модернізації суднової енергетики

Олександр Верзун
Отримано 20.01.2025, Доопрацьовано 06.05.2025, Прийнято 30.06.2025
Анотація

Актуальність дослідження зумовлена необхідністю зниження викидів шкідливих речовин у судноплавстві, відповідністю міжнародним екологічним стандартам та пошуком економічно ефективних рішень для паливного забезпечення флоту. Метою дослідження було проведення аналізу технологічних, екологічних та економічних аспектів використання зрідженого природного газу (ЗПГ) в судновій енергетиці для оцінки його ефективності та перспектив впровадження. У результаті дослідження було виявлено, що використання ЗПГ у судновій енергетиці є ефективним рішенням для зниження екологічних впливів та дотримання міжнародних екологічних стандартів. ЗПГ дозволяє значно зменшити викиди вуглекислого газу (CO2 ), оксидів азоту (NOx ) і оксидів сірки (SOx ), що робить його конкурентоспроможним паливом для суден, що працюють у зонах контролю викидів. Технологічно ЗПГ забезпечує високу енергоефективність, зокрема завдяки використанню двигунів подвійного палива, що дозволяють оптимізувати витрати на паливо і зменшити негативний вплив на навколишнє середовище. Сучасні суднові енергетичні установки, оснащені кріогенними системами зберігання та подачі газу, підтверджують ефективність ЗПГ у забезпеченні стабільної роботи суден. Економічні дослідження показали, що хоча перехід на ЗПГ вимагає значних початкових інвестицій у переобладнання суден та інфраструктуру, в перспективі це дозволяє зменшити експлуатаційні витрати та витрати на екологічні заходи, такі як установки для зниження викидів сірки. Практичне значення дослідження полягає в тому, що воно сприяє розвитку теоретичних і практичних основ використання ЗПГ як екологічно чистого та економічно вигідного палива в судновій енергетиці, що може бути використано для вдосконалення існуючих технологій і нормативних актів у галузі судноплавства

Ключові слова:
екологічні стандарти; двигуни подвійного палива; кріогенні системи; експлуатаційні витрати; зони контролю викидів

Взято з Том 23, № 1, 2025

Сторінки 68–79

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Adekoya, O.O., Adefemi, A., Tula, O.A., Umoh, A.A., & Gidiagba, J.O. (2024). A comprehensive review of Liquefied Natural Gas (LNG) market dynamics: Analyzing the current trends, challenges, and opportunities in the global LNG market. World Journal of Advanced Research and Reviews, 21(1), 58-74. doi: 10.30574/wjarr.2024.21.1.2686.
  2. Al-Sobhi, S.A., AlNouss, A., Shamlooh, M., Al-Nuaimi, K., AlMulla, A., & Khraisheh, M. (2021). Sustainable boil-off gas utilization in liquefied natural gas production: Economic and environmental benefits. Journal of Cleaner Production, 296, article number 126563. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126563.
  3. Barberi, S., Sambito, M., Neduzha, L., & Severino, A. (2021). Pollutant emissions in ports: A comprehensive review. Infrastructures, 6(8), article number 114. doi: 10.3390/infrastructures6080114.
  4. Bruno, M. (2022). Shanghai Port opens 3 million TEU empty container centre. Retrieved from https://www. porttechnology.org/news/shanghai-port-opens-3-million-teu-empty-container-centre/.
  5. Cassar, M.P., Dalaklis, D., Ballini, F., & Vakili, S. (2021). Liquefied natural gas as ship fuel: A maltese regulatory gap analysis. Transactions on Maritime Science, 10(1), 247-259. doi: 10.7225/toms.v10.n01.020.
  6. Chimshir, V.I., Danylenko, O.B., & Shulga, Yu.M. (2023). Safety of navigation in marine and inland waterway transport as an object of scientific research. Waterway Transport, 38(2), 231-240. doi: 10.33298/22268553.2023.2.38.24.
  7. Connecting Europe Facility. (2021). Retrieved from https://surli.cc/wmlgjb.
  8. Deng, J., Wang, X., Wei, Z., Wang, L., Wang, C., & Chen, Z. (2021). A review of NOx and SOx emission reduction technologies for marine diesel engines and the potential evaluation of liquefied natural gas fuelled vessels. Science of the Total Environment, 766, article number 144319. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.144319.
  9. Dewiatena, A.D., & Bahagia, N. (2023). Comparative study of port business characteristics with maritime logistics approach in ports: Shanghai, Singapore, Busan, and Rotterdam. Asian Journal of Social and Humanities, 1(10), 650-673. doi: 10.59888/ajosh.v1i10.68.
  10. Domić, I., Stanivuk, T., Stazić, L., & Pavlović, I. (2022). Analysis of LNG carrier propulsion developments. Journal of Applied Engineering Science, 20(4), 1122-1132. doi: 10.5937/jaes0-36809.
  11. Du, K., & Li, K. (2023). Research on China’s potential LNG bunkering center selection based on AHP-TOPSIS method. In R. Liu, C. Qi & T.-H. Law (Eds.), Advances in traffic transportation and civil architecture (pp. 735-748). London: CRC Press. doi: 10.1201/9781003402220.
  12. Elkafas, A.G., Khalil, M., Shouman, M.R., & Elgohary, M.M. (2021). Environmental protection and energy efficiency improvement by using natural gas fuel in maritime transportation. Environmental Science and Pollution Research, 28(43), 60585-60596. doi: 10.1007/s11356-021-14859-6.
  13. Ha, S.M., Jeong, B., & Park, C. (2022). A novel approach to developing effective maritime regulations: The case of LNG cargo filling limits. Journal of International Maritime Safety, Environmental Affairs, and Shipping, 6(4), 167-184. doi: 10.1080/25725084.2022.2146374.
  14. He, D., Ba, Q., & Kang, Y. (2023). Spatiotemporal evolution and mechanisms of port local hinterland: A case study of Yangtze River Delta, China. International Journal of Shipping and Transport Logistics, 17(3), 335-361. doi: 10.1504/IJSTL.2023.134755.
  15. Hiteshk. (2019). The port of Singapore: One of the busiest ports in the world. Retrieved from https://www. marineinsight.com/ports/the-port-of-singapore-one-of-the-busiest-ports-in-the-world/.
  16. Hoang, A.T., Pandey, A., De Osés, F.J., Chen, W.-H., Said, Z., Ng, K.H., Ağbulut, U., Tarełko, W., Ölçer, A.I., & Nguyen, X.P. (2023). Technological solutions for boosting hydrogen role in decarbonization strategies and net-zero goals of world shipping: Challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 188, article number 113790. doi: 10.1016/j.rser.2023.113790.
  17. Jang, H., Jeong, B., Zhou, P., Ha, S., & Nam, D. (2021). Demystifying the lifecycle environmental benefits and harms of LNG as marine fuel. Applied Energy, 292, article number 116869. doi: 10.1016/j.apenergy.2021.116869.
  18. Jeong, J., Jung, W., Che, S., & Chang, D. (2024). Experiment-based feasibility study of LNG equipment-embedded fuel gas supply system for vessels. Energy, 309, article number 132959. doi: 10.1016/j.energy.2024.132959.
  19. Jesus, B., Ferreira, I.A., Carreira, A., Erikstad, S.O., & Godina, R. (2024). Economic framework for green shipping corridors: Evaluating cost-effective transition from fossil fuels towards hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 83, 1429-1447. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.08.147.
  20. Khoiriyah, L., Artana, K.B., & Dinariyana, A.A. (2023). Concetual design of floating storage and regasification unit (FSRU) for Eastern Part Indonesia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1239, article number 012015. doi: 10.1088/1755-1315/1239/1/012015.
  21. Kim, J.S., Lee, W.J., Pham, V.C., & Choi, J.H. (2022). A numerical study on fuel injection optimization for a ME-GI dual-fuel marine engine based on CFD analysis. Applied Sciences, 12(7), article number 3614. doi: 10.3390/ app12073614.
  22. Kırval, L., & Çalışkan, U.Y. (2022). Influence of the European union (EU) on international maritime organization (IMO) about the market-based measures on emissions. International Journal of Environment and Geoinformatics, 9(3), 146-153. doi: 10.30897/ijegeo.1047467.
  23. Lähde, T., & Giechaskiel, B. (2021). Particle number emissions of gasoline, compressed natural gas (CNG) and liquefied petroleum gas (LPG) fueled vehicles at different ambient temperatures. Atmosphere, 12(7), article number 893. doi: 10.3390/atmos12070893.
  24. Ma, H.L., Leung, L.C., Chung, S.H., & Wong, C.W. (2023). Insurance incentive to shippers by a container port: Issues of risk management in supply chain finance. Annals of Operations Research, 331(1), 121-139. doi: 10.1007/ s10479-021-04261-3.
  25. MARPOL Annex VI and the Act to Prevent Pollution from Ships. (2024). Retrieved from https://www.epa.gov/ enforcement/marpol-annex-vi-and-act-prevent-pollution-ships-apps.
  26. Orysiak, E., Zielski, H., & Gawle, M. (2024). LNG logistics model to meet demand for bunker fuel. Energies, 17(7), article number 1758. doi: 10.3390/en17071758.
  27. Palestini, L., & Sassu, F. (2021). Risks and safety measures associated with the storage and transport of liquefied natural gas (LNG). International Journal of Safety and Security Engineering, 11(4), 409-418. doi: 10.18280/ ijsse.110414.
  28. Polemis, D., & Boviatsis, M. (2023). Legal and policy issues while evaluating the sustainability of a floating storage regasification unit: The case of Alexandroupoli Greece. Sustainability, 15(5), article number 4660. doi: 10.3390/su15054660.
  29. Port of Rotterdam cargo throughput decreased in 2024. (2025). Retrieved from https://www.maritimegateway. com/port-of-rotterdam-cargo-throughput-decreased-in-2024/.
  30. Ratnakar, R.R., Gupta, N., Zhang, K., van Doorne, C., Fesmire, J., Dindoruk, B., & Balakotaiah, V. (2021). Hydrogen supply chain and challenges in large-scale LH2 storage and transportation. International Journal of Hydrogen Energy, 46(47), 24149-24168. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.05.025.
  31. Rony, Z.I., Mofijur, M., Hasan, M.M., Rasul, M.G., Jahirul, M.I., Ahmed, S.F., Kalam, M.A., Badruddin, I.A., Khan, T.M., & Show, P.L. (2023). Alternative fuels to reduce greenhouse gas emissions from marine transport and promote UN sustainable development goals. Fuel, 338, article number 127220. doi: 10.1016/j.fuel.2022.127220.
  32. Sagin, S.V., & Poberezhny, R.V. (2022). Analysis of the main methods of reducing the emission of nitrogen oxides from diesel engines of marine and inland water transport vessels. Ship Power Plants, 44, 132-141. doi: 10.31653/smf44.2022.132-141.
  33. Satta, G., Parola, F., Vitellaro, F., & Morchio, G. (2021). LNG bunkering technologies in ports: An empirical application of the SWOT analysis. KMI International Journal of Maritime Affairs and Fisheries, 13(1), 1-21. doi: 10.54007/ijmaf.2021.13.1.1.
  34. Shih, Y.C., Tzeng, Y.A., Cheng, C.W., & Huang, C.H. (2023). Speed and fuel ratio optimization for a dual-fuel ship to minimize its carbon emissions and cost. Journal of Marine Science and Engineering, 11(4), article number 758. doi: 10.3390/jmse11040758.
  35. Singh, A., & Shanthakumar, S. (2022). Economic and legal impact of 2020 sulphur limit under annex VI, MARPOL. European Energy and Environmental Law Review, 31(4), 241-257. doi: 10.54648/eelr2022017.
  36. Stolz, B., Held, M., Georges, G., & Boulouchos, K. (2022). Techno-economic analysis of renewable fuels for ships carrying bulk cargo in Europe. Nature Energy, 7(2), 203-212. doi: 10.1038/s41560-021-00957-9.
  37. Tvedten, I.Ø., & Bauer, S. (2022). Retrofitting towards a greener marine shipping future: Reassembling ship fuels and liquefied natural gas in Norway. Energy Research & Social Science, 86, article number 102423. doi: 10.1016/j.erss.2021.102423.
  38. Van Biert, L., Mrozewski, K., & Hart, P. (2021). Public final report: Inventory of the application of Fuel Cells in the MARitime sector (FCMAR). Retrieved from https://maritiemland.nl/wp-content/uploads/2022/06/fcmarfinal.pdf.
  39. Xiuzhen, X., Zheng, W., & Umair, M. (2022). Testing the fluctuations of oil resource price volatility: A hurdle for economic recovery. Resources Policy, 79, article number 102982. doi: 10.1016/j.resourpol.2022.102982.
  40. Yao, A.F., Sèbe, M., Virto, L.R., Nassiri, A., & Dumez, H. (2024). The effect of LNG bunkering on port competitiveness using multilevel data analysis. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 132, article number 104240. doi: 10.1016/j.trd.2024.104240.
  41. Yao, S., Li, C., & Wei, Y. (2023). Design and optimization of a zero carbon emission system integrated with the utilization of marine engine waste heat and LNG cold energy for LNG-powered ships. Applied Thermal Engineering, 231, article number 120976. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120976.
  42. Yeo, S.J., Kim, J., & Lee, W.J. (2022). Potential economic and environmental advantages of liquid petroleum gas as a marine fuel through analysis of registered ships in South Korea. Journal of Cleaner Production, 330, article number 129955. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.129955.
  43. Yin, Y., & Lam, J.S. (2022). Bottlenecks of LNG supply chain in energy transition: A case study of China using system dynamics simulation. Energy, 250, article number 123803. doi: 10.1016/j.energy.2022.123803.
  44. Zannis, T.C., Katsanis, J.S., Christopoulos, G.P., Yfantis, E.A., Papagiannakis, R.G., Pariotis, E.G., Rakopoulos, D.C., Rakopoulos, C.D., & Vallis, A.G. (2022). Marine exhaust gas treatment systems for compliance with the IMO 2020 global sulfur cap and tier III NOx limits: A review. Energies, 15(10), article number 3638. doi: 10.3390/ en15103638.
Verzun, О. (2025). Liquefied natural gas as a strategic vector for ship energy modernisation. Journal of Kryvyi Rih National University, 23(1), 68-79. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2025-1-23-68-79
uk