VG-1

J-MAPにおける船舶燃料研究の意義
2020年3月
千田 哲也(一般財団法人日本船舶技術研究協会)
J-MAP船舶・自動車及び燃料研究委員会

Japan Marine and Auto
Petroleum Program舶用ディーゼル機関
２ストローク・ディーゼルエンジン••••

回転数：60～200 min-1
出力：2,000～83,000 kW
大・中型船舶の主機関（推進機関）
熱効率：最大で約50％（単独の熱機関としては極めて高効率）

三井E&Sマシナリーご提供

VG-2

４ストローク・ディーゼルエンジン• 回転数：400～1,000 min-1• 出力：500～25,000 kW• 補機（発電機エンジン），
中・小型船舶の主機関（推進機関）• 熱効率：最大で約47％

IHI原動機ご提供舶用燃料の製造
舶用にはC重油が用いられてきた

LPガス

原油

常圧
蒸留
装
置

35150℃
170250℃
240350℃

ガソリン・灯油等に林、日本マリンエンジニアリング
学会誌44巻6号等から再構成

接触改質装置脱ベンゼン装置

ガソリン

水素化脱硫装置

灯油

未脱硫軽油
LGO

減圧
蒸留装
置

流動接触触媒

LCO

水素化脱硫装置

VG-3

軽油水素化脱硫装置

減圧軽油
VGO

軽油

間接脱硫装置
直接脱硫装置

水素化分
解装置

C重油
重質軽油
70%
20%

LCO

10%

分解軽油
LCO
スラリー油
CLO

カッター材

直脱ボトム

減圧蒸留残油カットバックボトム

これまでの船舶燃料（C重油／残渣油）• 蒸留残油をベースに軽質留分を添加して粘度等を調整• 硫黄分は3.5%未満• 高粘度→加熱してエンジンに供給• 始動時はA重油を使用• A重油より低価格
舶用燃料規格（ISO8217:2017）

VG-4

傾けても流れださない

残渣油規格の例 （数値は上限）

性質単位

RMB

RMD

RME

RMG380

動粘度 at 50oC

cSt3080180

380

密度 at 15oCkg/m3960.0975.0

991.0991.0860860860870

CCAI残炭分

mass %10.0

14.0

15.018.0

バナジウムmg/kg

150150150350

ナトリウムmg/kg

10010050100

残渣油燃料の着火性指標；CCAIVG-5• 残渣油の着火性は低く、セタン価で評価できないため、密度・動粘度からCCAI（Calculated Carbon Aromaticity Index) を定義して着火性の指標としてきた．
t  273
CCAI  D  140.7 log(log(V  0.85))  80.6  483.5 log()
323
D= 密度 at 15oC (kg/m3), V= 動粘度 (cST), t = 粘度測定温度 (oC)50
without problems
problem fuels
LCO40ECN302010
R² = 0.59540800820840860

CCAI880

900920Takahashi, et al., Proc. ISME 2011

ECN: 推定セタン価ECN（Estimated Cetane Number)– 定容燃焼試験装置 FCAの着火遅れ時間計測値から推定

海運・造船の環境規制

VG-6• 海運は国際的な活動であり、規制も国際条約が主導– 船籍．船主，運航者，船員，荷主，発着地の国籍が異なるため、国別の規制が困難– このため，国際海事機関（IMO, International MaritimeOrganization）の定める国際条約による規制が先行．国内規制に反映• 海洋汚染防止条約（MARPOL）（1973/78/97）– 大気汚染防止をAnnex VIで規定（エンジン排ガスと地球温暖化対策）

IMOの議場

IMO本部ビルIMOのSOX・PM規制

VG-7• MARPOL条約Annex VIに規定– 1997年に議定書採択、2005年発効、2008年改訂• 船舶からの硫黄酸化物（SOX）排出抑制のため、燃料中の硫黄分の規制を段階的に強化（2020年から0.5%未満）• 指定海域（ECA）はより強い規制（2015年から0.1%未満）• 排ガス洗浄装置（EGCS）による脱硫を代替手段として許容• 燃料油規制はPM削減対策の意味も包含

2010年 2012年 2015年 2020年
指定海域
一般海域

1.5%
4.5%

0.1%

1.0%
3.5%

0.5%

燃料油の「硫黄分濃度上限値」
を規定

排ガス洗浄装置（EGCS，スクラバ）

VG-8

排ガス洗浄装置（排ガスを水で洗浄し、排ガス中のSOXを溶解・除去する装置）を搭載すれば，高硫黄燃料を使用することができる．

三菱化工機ホームページから

海上技術安全研究所ご提供

船舶からの粒子状物質（PM）

VG-9

1.2

スート
SOF
（有機成分）

Ｃ重油

PM排出率（ｇ/ｋＷｈ）

1ＳＯＦ

0.80.6

結合水（計算）PM排出率

サルフェート（硫酸塩）

0.4
低硫黄Ａ重油
0.2

硫酸イオン

000.5

11.522.53

燃料中の硫黄分（wt%）

高硫黄燃料の場合、PMの多くが硫酸塩であることから、硫黄分規制はPM削減に効果がある。
井亀ほか、海上技術安全研究所報告、
11巻2号

排気中のPMの構成
SOF(OC)

液滴状炭化水素
吸着した炭化水素

サルフェート（硫酸イオン+結合水）

元素状炭素 EC

燃料由来重金属、潤滑油由来
カルシウムなど（灰分）2020年規制（S<0.5%）への対応

VG-10＜規制対応の主な選択肢＞• A重油／軽油に転換– （石油側）軽質留分が不足（石油製品は連産品）– （船舶側）C重油とA重油の価格差が大（燃料費の高騰）• 高硫黄C重油の使用 →排ガス洗浄装置（EGCS）の搭載– （船舶側）EGCS搭載スペースの不足、装置供給の遅れ→ 普及に時間が必要。内航船では（スペース不足から）困難。

• （主に内航船を対象として）低硫黄新燃料油の創出– （石油側）供給に余裕のある留分/低硫黄原油からの残渣分の利用– （船舶側）従来のC重油に近い価格設定（重油燃焼設備の活用）– （課題） → J-MAPプロジェクト• 低着火性成分（分解軽油）の利用可能性の確認• 従来経験のない粘度範囲（20~50cSt）の燃料の利用可能性の確認• LNGへの転換

＜参考＞IMOの動向（GHG削減）

VG-11• GHG削減戦略を採択– 2018年4月にInitial IMO Strategy on GHG Emissions Reductionを採択．世界統一目標を設定．

• 3段階の削減レベルを設定– 2030年までにトン・マイル当たりのCO2排出40％減（基準年：2008年）– 2050年までにGHG排出を50％減– 今世紀末までのできるだけ早い時期にGHG排出をゼロに• 短期・中期・長期の削減手法の提示– （短期: ～2023）船舶設計の改善、運航の改善、等– （中期: ～2030）市場ベースの削減手法、低炭素燃料、等– （長期: ～21世紀末）ゼロ炭素燃料、他の可能な革新的技術

20182023

2030
CO2/ton-mile
D40%2050
GHG volume
D50%

2100
Phase-out
GHG→ 将来は石油燃料の使用を削減する必要性

VG-12

METI : 平成30年度予算案関連事業のPR資料より

JPECにおける燃料利用事業の枠組み

VG-13

経済産業省補助金事業

自動車に関する技術（燃料を使う側）

石油燃料に関する技術（燃料を作る側）

自動車・燃料研究
1997.4～船舶に関する技術（燃料を使う側）

船舶・燃料研究2018.4～・自動車燃料における技術課題の解決
・船舶燃料における技術課題の解決を目指した自動車業界・船舶業界と石油業界との共同研究

低硫黄新燃料油の試験燃料

VG-14• 新燃料のコンセプト– 安定的に供給できる比較的低廉な価格の低硫黄船舶燃料• 余裕のある留分（残渣、分解留分）の活用• 舶用機関の燃料許容性を考慮（低着火性を許容）• C重油相当の取扱い（始動時と常用運転の切替え、粘度の調整）• 要試験項目– 着火性指標の下限値（セタン指数の規格下限値（35）、CCAIの規格上限値（860））までの着火性・燃焼性の確認– 粘度範囲の拡大（20~50cSt）で問題が生じないことを確認(燃料加熱の制御）– 排ガス性状（NOX、PM、炭化水素等の排出特性）を確認– 試験燃料自体の硫黄分は試験項目に影響しないことに留意

J-MAP体制（2018.4~2019.3）

VG-15

J-MAP
Japan Marine and Auto Petroleum program

船舶燃料研究自動車燃料研究ガソリン車

ディーゼル車JSMEA(日本舶用工業会)

PAJ(石油連盟)

JAMA(日本自動車工業会)

・分解軽油留分の自動車用燃料としての利用に関する研究
・分解系ガソリン留分の自動車用燃料としての利用に関する研究
・低硫黄船舶燃料油の品質確保に関わる燃焼試験研究

まとめ

VG-16

• 国際海事機関（IMO）の海洋汚染防止条約附属書VI（MARPOL Annex VI）の規定により，2020年1月から船舶燃料は原則硫黄分0.5%未満とすることが義務付けられた．
• J-MAPプロジェクトでは，条約に対応した低硫黄船舶燃料油の品質確保を目的として，試験エンジン及び実船での試験燃料の燃焼試験研究を実施した．