Hoe alcohol de scheepvaart kan redden

Het is een dagelijkse scène: een gigantisch containerschip vaart de haven van Shanghai uit, met containers vol elektronica, kleding, meubels en speelgoed. Bestemming:  Antwerpen. Boven het schip stijgt een dikke, zwarte roetpluim op en de geur van zwavel is indringend. Dit is de realiteit van de ruggensteun van onze wereldeconomie: de maritieme sector, die voor 90% van de wereldhandel zorgt, draait grotendeels op zware stookolie.

Dit moet veranderen. Maar waar begin je? Bij het herdenken van een volledig energiesysteem moeten we drie cruciale vragen beantwoorden: Vanwaar komt de energie? Hoe slaan we die op aan boord? En hoe gebruiken we ze om de propeller aan te drijven? Op de eerste vraag is er een verrassend eenvoudig antwoord: de zon. Zonnepanelen, windenergie, bio-energie via fotosynthese, alles komt uiteindelijk voort uit energie van de zon. Zelfs fossiele brandstoffen zijn restanten van planten die ooit zonne-energie vastlegden.

We hebben nu de energiebron, maar de cruciale tweede vraag is: hoe slaan we die energie op? Waar korte transporten en wegvervoer kunnen rekenen op batterijen of waterstof, gelden op zee andere regels. Zeeschepen moeten duizenden kilometers afleggen, dus hebben ze zeer veel energie met een eenvoudige opslag nodig. Waterstof heeft een te groot volume en batterijen zijn daarbovenop ook te zwaar. De meest logische en praktische kandidaat om de zware scheepsdiesel te vervangen? Dat is methanol, een brandstof die vloeibaar is bij omgevingstemperaturen, makkelijk te tanken is, en bovendien in de bestaande motoren past. Groene methanol is meer dan een toekomstfantasie, de eerste (container)schepen varen er al op.

Waarom methanol, en wat is dat nu eigenlijk?

Methanol is een van de lichtere alcoholen. Zijn grote, bekendere broer is ethanol, de drankalcohol in wijn en bier. Methanol daarentegen staat ook wel bekend als brandspiritus of brandalcohol. In het dagelijkse leven ken je het wellicht als de brandstof voor gourmetstelletjes (met die typische blauwe vlam) of als een krachtige ontvetter. Hoewel het een alledaagse toepassing heeft, is deze vloeistof een van de meest gebruikte chemische basisstoffen wereldwijd. Methanol wordt gebruikt in de productie van verf, plastics en zelfs voor medicatie. Het is dan ook een van de top vijf meest verscheepte chemicaliën ter wereld.

Methanol wordt dus veel gebruikt, maar wat maakt het een goede brandstof voor de scheepvaart? Laten we de huidige standaard, zware stookolie of diesel, als uitgangspunt nemen. Die is vloeibaar, makkelijk te transporteren en bevat veel energie per liter, maar is helaas vervuilend en niet CO₂-neutraal. We zoeken een brandstof die hernieuwbaar met groene energie te produceren is, praktisch in gebruik, en als we de keuze hebben, ook efficiënt en proper brandt.

Als we nu naar de mogelijke alternatieven kijken, beginnen we bij de bron: groene waterstof (H₂). Dit is de eerste stap van groene energie naar een brandstof, maar we weten al dat waterstof niet makkelijk vloeibaar te bewaren is. Om een handiger product te krijgen, moeten we atomen toevoegen.

1. Stikstof erbij? Dan krijgen we Ammoniak (NH₃). Dit is makkelijker vloeibaar te maken dan waterstof, maar brandt moeilijk en is uitermate toxisch voor de mens én het aquatisch leven.

2. Koolstof erbij? Dan krijgen we Methaan (CH₄, het hoofdbestanddeel van aardgas), maar dit is nog steeds gasvormig.

3. Koolstof én Zuurstof erbij? Dan krijgen we Methanol (CH₃OH).

Methanol is een van de eenvoudigste moleculen die vloeibaar is bij omgevingsdruk en temperatuur. Dit vloeibare karakter is logistiek onmisbaar. Bovendien geldt: hoe kleiner de molecule, hoe makkelijker ze te produceren is. Synthetische diesel, hoewel technisch mogelijk, bestaat uit complexe moleculen. Dit maakt de totale productiecyclus duurder en minder efficiënt. Ook is het de lange keten die zorgt voor de roetproductie, de zwarte rook dus. Met kleine moleculen die proper verbranden is roet verleden tijd.

Een veelgestelde vraag luidt: als methanol koolstof bevat, komt er dan niet alsnog CO₂ vrij bij verbranding? Het antwoord is ja, maar dat is niet het probleem. De klimaatuitdaging zit niet in de koolstof zelf. Planten, dieren en wijzelf stoten ook CO₂ uit. Ons hele ecosysteem is op koolstof gebaseerd. Het probleem is de onbalans die ontstaat door extra koolstof uit de grond te halen. Het gebruik van methanol is pas een oplossing als het circulair is, ofwel CO₂-neutraal. Dat betekent dat we eerst CO₂ uit de lucht of uit biomassa opnemen om de brandstof te maken, om die vervolgens weer uit te stoten bij de verbranding. De cyclus is dan gesloten. Of we die koolstof nu uit planten halen (bio-methanol) of direct uit de lucht of industriële bronnen afvangen om er een synthetische brandstof (e-methanol of e-fuel) van te maken, is een debat over de meest efficiënte productieroute. Voor de scheepsmotor maakt dit echter niet uit: methanol is methanol, de molecule is identiek.

Waarom varen we nu nog niet allemaal op methanol?

Net zoals je geen benzine in je dieselwagen mag tanken, kan dat met methanol ook niet zomaar. De scheepsmotor vereist de nodige aanpassingen. Het cruciale verschil tussen methanol en diesel ligt in de ontsteking. Diesel ontbrandt gemakkelijk vanzelf wanneer het in de hete gecomprimeerde lucht in de verbrandingskamer komt. Methanol heeft daarentegen een extra duwtje nodig om tot ontbranding te komen.

Wat vandaag de dag hiervoor de meest gebruikte strategie is, is om een beetje diesel te gebruiken als ‘vlamstarter’ om de methanol te ontsteken. Er worden dus twee brandstoffen gebruikt. Deze motoren noemen we ‘dual-fuel’ motoren. Dit is een haalbare manier om methanol te gebruiken in de grootste schepen. Het pluspunt is dat je kan terugvallen op diesel als er geen methanol beschikbaar is. Het nadeel is uiteraard dat je nog steeds een deel diesel nodig hebt voor de ontsteking.

De kracht van de scheepvaart lag altijd in de robuuste, betrouwbare dieselmotor. Gelukkig hoeven we die motoren niet massaal te vervangen. Scheepsmotoren hebben immers een uitzonderlijk lange levensduur van 25 tot 30 jaar. Daarom is het aanpassen (retrofit) van een bestaande motor economisch veel interessanter dan deze volledig te vervangen. De dual-fuel technologie leent zich hier uitstekend toe en wordt zo een essentiële overgangstechnologie.

Methanol als brandstof van de toekomst

Ook op de lange termijn is het behoud van de verbrandingsmotor een slimme keuze. De technologie is, in tegenstelling tot alternatieven zoals batterijen of brandstofcellen, inherent circulair. Een motor wordt hoofdzakelijk gemaakt uit staal, en wordt op het einde van zijn leven volledig versmolten en hergebruikt voor de volgende generatie motoren.

Huidig wetenschappelijk onderzoek focust zich dan ook op het efficiënter maken van de ‘vlamstarter’, zodat de benodigde hoeveelheid fossiele diesel minimaal is. Bovendien onderzoeken we methodes om motoren te ontwikkelen die 100% op methanol draaien. Dat kan via alternatieve ‘vlamstarters’ die geen diesel meer nodig hebben. Fossiele brandstof is dan helemaal niet meer nodig. Er zijn al enkele veelbelovende stappen gezet, en de eerste prototypes worden momenteel getest.

Methanol is geen utopie, maar de realiteit van vandaag. Grote rederijen, zoals Maersk, hebben al tientallen methanolschepen besteld. De beslissing is genomen: de industrie ziet in dat methanol de snelste en meest realistische route is om de vloot te vergroenen. De uitdaging ligt nu bij het opschalen van de productie van die groene methanol en het optimaliseren van de motoren. Daar speelt het wetenschappelijk onderzoek een cruciale rol in.

De volgende keer dat u in een haven staat, of een groot containerschip aan de horizon ziet, kijk dan eens goed naar de rookpluim. Hoe lang duurt het voordat die dikke, zwarte walm definitief plaatsmaakt voor onzichtbare, klimaatneutrale emissies? Dat moment is dichterbij dan u denkt.