Της Χαράς Γεωργοπούλου Ph.d, Head of R&D and Advisory Unit Greece, Onboard CCS Manager, DNV Maritime
Πριν από 11 χρόνια, στο πλαίσιο ερευνητικού έργου, η ομάδα μας για πρώτη φορά μελέτησε την απόδοση συμβατικών συστημάτων δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα επί πλοίου VLCC. Τα αποτελέσματα ήταν ενδιαφέροντα: μεγάλο ποσοστό δέσμευσης 70%, υψηλή κατανάλωση ενέργειας από 30% ως 50% ανάλογα με την τεχνολογία, και απαιτήσεις για χημικά και φρέσκο νερό. Επιπλέον, δεν εντοπίσαμε σημαντικά ζητήματα ασφάλειας που θα μπορούσαν να απορρίψουν την δυνατότητα εφαρμογής της τεχνολογίας επί πλοίου. Και τέλος, υπολογίσαμε πως, με τα δεδομένα της εποχής, η δυνατότητα αποπληρωμής της επένδυσης θα μπορούσε να γίνει σε εύλογο χρόνο, υπό την προϋπόθεση ότι ο άνθρακας θα κόστιζε από 100 ως 200 δολάρια τον τόνο.
Εκείνη την εποχή βέβαια, η ναυτιλία βρισκόταν στον κυκλώνα της αποθείωσης, με τα αντίστοιχα συστήματα να ελέγχονται για πρώτη φορά σε ναυτιλιακές εφαρμογές. Κύριο μέλημα των πλοιοκτητών ήταν ο σχεδιασμός πλάνου συμμόρφωσης με τις αντίστοιχες απαιτήσεις του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού του ΟΗΕ, μέσω κατάλληλων τεχνολογιών και καυσίμων.
Σήμερα, οι προκλήσεις παραμένουν αλλάζοντας αντικείμενο, στοχεύοντας σε νέες βελτιώσεις του περιβαλλοντικού αποτυπώματος των πλοίων. Με κίνητρο τη μείωση των παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά τουλάχιστον 50% έως το 2050, η ναυτιλία βρίσκεται πια στην κούρσα της απανθρακοποίησης, με την τεχνολογική πρόοδο και τη συνεργασία να αποτελούν τα κύρια εργαλεία επιτυχίας.
Νέες τεχνολογίες βελτίωσης της λειτουργικής απόδοσης και εναλλακτικά καύσιμα με χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα, χαρακτηρίζουν πλέον το πεδίο αναφοράς για την απανθρακοποίηση. Μεταξύ αυτών βρίσκεται και η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα. Το βασικό ελκυστικό χαρακτηριστικό αυτών των τεχνολογιών είναι η δραστική μείωση ρύπων. Μπορούν να συλλάβουν μεγάλα ποσοστά διοξειδίου του άνθρακα, χωρίς να απαιτούν αλλαγή του συμβατικού καυσίμου. Και, δεδομένων των προβλέψεων για την τιμολογιακή εξέλιξη και διάθεση εναλλακτικών καυσίμων στο μέλλον, η τεχνολογία αυτή γίνεται ακόμη πιο ελκυστική.
Θα προσπαθήσουμε να δώσουμε μια όσο το δυνατόν ευρεία εικόνα των διαθέσιμων τεχνολογιών, ακολουθώντας ως οδηγό τη μορφή προσωρινής αποθήκευσης του ρύπου επί πλοίου: υγροποιημένο, υγρό δεσμευμένο σε κατάλληλο υδατικό διάλυμα, δεσμευμένο σε στερεό υλικό, και αέριο. Για καθεμία από αυτές, θα επιχειρήσουμε να περιγράψουμε τις προκλήσεις και τις δυνατότητες που η εμπειρία μας επιτρέπει να διακρίνουμε.
Η χημική δέσμευση (chemical absorption) με αμίνες, μέσω της απόπλυσης καυσαερίων, αποτελεί την πιο ώριμη τεχνολογία για τη δραστική μείωση των ρύπων του θερμοκηπίου, με αρκετές εφαρμογές σε συστήματα ξηράς και παράκτιες εφαρμογές (διαχωρισμός του φυσικού αερίου από ως 12% κατά βάρος διοξείδιο του άνθρακα). Τα συστήματα αυτά ανήκουν στην ευρύτερη κατηγορία τεχνολογιών δέσμευσης «μετά την καύση», γιατί βασίζονται στην αρχή καθαρισμού των καυσαερίων και διαχωρισμού τους από το διοξείδιο του άνθρακα. Ανάλογα με τον βαθμό δέσμευσης (capture rate), ένα μέρος του ρεύματος των καυσαερίων οδηγείται σε στήλη απορρόφησης, όπου εκπλένεται με υδατικό διάλυμα αμινών και διαχωρίζεται από τον ρύπο. Το ρεύμα καυσαερίων αφήνει τη στήλη κατά 99% καθαρή από τον ρύπο, ενώ το δεύτερο δεσμεύεται μέσα στο υδατικό διάλυμα. Το υγρό ρεύμα οδηγείται σε στήλη αναγέννησης και, με την προσθήκη θερμικής ενέργειας, σπάνε οι δεσμοί της αμίνης με το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο εκλύεται σε αέρια μορφή, ενώ το υδατικό διάλυμα της αμίνης επανακυκλοφορεί, με ελάχιστες απώλειες, στο σύστημα. Τέλος, αφού αφαιρεθεί η υγρασία, το ρεύμα του ρύπου οδηγείται σε διάταξη υγροποίησης και αποθηκεύεται σε δεξαμενή κατηγορίας C-type. Η διαδικασία, που περιγράψαμε, απαιτεί θερμική ενέργεια για την αναγέννηση της αμίνης (3GJ ανά τόνο διοξειδίου του άνθρακα, για συμβατικές αμίνες), καθώς και ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία των μοτέρ της υγροποίησης, των αντλιών, και του ανεμιστήρα καυσαερίων (για την ανάκτηση της πτώσης πίεσης στη διάταξη).
Όπως είναι φανερό, οποιαδήποτε τεχνολογική καινοτομία επιφέρει μείωση στις ενεργειακές απαιτήσεις του συστήματος, συμβάλλει σημαντικά στη βιωσιμότητα της επένδυσης. Σε αυτή την κατεύθυνση, συναντούμε αρκετές προτάσεις μείωσης των απαιτήσεων με τη συνδυαστική χρήση μεμβρανών διαχωρισμού, φυγοκεντρικών στηλών, καινοτόμων χημικών παραγόντων δέσμευσης (έως 33% λιγότερη απαίτηση από τις συμβατικές αμίνες), και άλλες καινοτομίες. Από πλευράς ασφάλειας, βασικός στόχος είναι η προδιαγραφή συστημάτων διαχείρισης του ρίσκου διαρροών, γιατί η πλειονότητα των αμινών χαρακτηρίζονται από τοξικότητα. Είτε μέσω τεχνικών διατάξεων, είτε μέσα από τον ίδιο το σχεδιασμό των στηλών, ελέγχεται η διασφάλιση από τον κίνδυνο παράσυρσης υδατικού διαλύματος από το ρεύμα των καυσαερίων. Επιπλέον, κίνδυνοι διαρροής αερίου ρύπου ελέγχονται με κατάλληλα τεχνικά μέσα αερισμού και συστήματα παρακολούθησης των χώρων της διάταξης. Το 2023, ο DNV εξέδωσε ένα σύνολο συστάσεων για συστήματα δέσμευσης, καλύπτοντας τα προαναφερθέντα ρίσκα και πολλές ακόμη πτυχές του παραπάνω συστήματος.
Ωστόσο, οι μεγαλύτερες προκλήσεις για τις αμίνες δεν πηγάζουν από τεχνικές προδιαγραφές, παρά από την ανάγκη δικτύου παραλαβής του υγροποιημένου διοξειδίου του άνθρακα. Η τιμή παραλαβής του ρύπου θα χρειαστεί να είναι ελκυστική για τους διαχειριστές τόσο των πλοίων (έναντι σε εναλλακτικές λύσεις απανθρακοποίησης), όσο και των τερματικών σταθμών. Ταυτόχρονα, το κανονιστικό πλαίσιο θα χρειαστεί να καλύψει ένα φάσμα παραλλαγών, μεθόδων και πρωτοκόλλων μετρήσεων παραλαβής, ανά τον κόσμο. Κινητήριος μοχλός για την επίλυση αυτών των προκλήσεων προβλέπεται ότι είναι η επιτακτική ανάγκη ανάπτυξης ναυτιλιακού κλάδου στη μεταφορά και παραλαβή του ρύπου, που προκύπτει κυρίως από τις ανάγκες στη στεριά, για τη μείωση των ρύπων στην ηλεκτροπαραγωγή και την ευρύτερη βιομηχανία.
Εναλλακτικές τεχνολογίες, όπως και η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα σε στέρεο υλικό (mineralization), χαρακτηρίζονται από διαφορετικά τεχνικά και οικονομικά ρίσκα και προκλήσεις. Βασική αρχή λειτουργίας τέτοιων συστημάτων είναι η επιλεκτική προσρόφηση και χημική δέσμευση του ρύπου σε συγκεκριμένα στερεά υλικά. Παρότι δεν απαιτείται θερμική ενέργεια (αντίθετα, οι αντιδράσεις δέσμευσης είναι στην πλειοψηφία τους εξώθερμες), ή ιδιαίτερα μεγάλα ποσά ηλεκτρισμού, τα συστήματα αυτά απαιτούν χώρο επί πλοίου, τόσο για το καθαρό στερεό, όσο και για το προϊόν της δέσμευσης. Κάθε πόρος πάνω στο πλοίο κοστίζει, συμπεριλαμβανομένου του χώρου, ο οποίος μάλιστα είναι πλέον πολύτιμος. Εικάζεται η δυνατότητα απόρριψης των στερεών προϊόντων, χωρίς όμως αυτό να επιτρέπεται από τους υπάρχοντες κανονισμούς της MAPROL και του Πρωτοκόλλου του Λονδίνου.
Και, ο κατάλογος τεχνολογιών δε σταματά εδώ. Τεχνολογίες καθαρισμού «πριν την καύση» προτείνονται σε διάφορες παραλλαγές, όπως για παράδειγμα η πυρόλυση του μεθανίου για την παραγωγή υδρογόνου και στερεού άνθρακα. Φυσικά, κάθε νέας τεχνολογίας έπονται οι προκλήσεις της: απαίτηση νέων μορφών ενεργειακών μετατροπέων (κυψέλες καυσίμου, μηχανές με δυνατότητα καύσης υδρογόνου, ή εμπλουτισμένου με υδρογόνου καυσίμου), συστήματα ασφαλείας για τη διαχείριση υδρογόνου, και λοιπά.
Πριν λίγες βδομάδες, ο DNV έκδωσε την πρόβλεψή του για τις τεχνολογικές εξελίξεις στη ναυτιλία, την έκθεση Maritime Forecast to 2050 (Maritime Forecast to 2050 – DNV), με την τεχνολογία αυτή να βρίσκεται στο επίκεντρο της μελέτης αυτής. Πέρα από τις προβλέψεις, συνεχίζουμε να πιστεύουμε πως, η βασική πρόκληση μα και η συνταγή της επιτυχίας, είναι η συνεργασία. Το μόνο βέβαιο, είναι ότι αφουγκραζόμαστε την αγορά και τις ανάγκες της και στεκόμαστε δίπλα στους πελάτες και συνεργάτες μας για να μοιραστούμε τη γνώση μας και να συντελέσουμε στην ανταπόκριση της Ελληνικής ναυτιλίας απέναντι σε κάθε νέα πρόκληση.
