Της Ιωάννας – Αθανασίας Δουραλή, Μηχανολόγος Μηχανικός, MSc
MAN Energy Solutions,
Application Engineer – Spare Parts Specialist
Από το 1912 που ναυπηγήθηκε το «M/S Selandia» ‒το πρώτο πετρελαιοκίνητο πλοίο‒ έως σήμερα, η λειτουργία ενός πλοίου βασίζεται στην καύση υδρογονανθράκων σε μηχανές εσωτερικής καύσης. Σύμφωνα με τη Διάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για το εμπόριο και την ανάπτυξη (2023), στη θάλασσα πλέουν πάνω από 1 εκατομμύριο πλοία, με μια αυξητική τάση γύρω στα 20.000 πλοία τον χρόνο. Έτσι, υπολογίζεται μια σημαντική συμβολή της ναυτιλίας στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Ο IMO, αντιλαμβανόμενος την ανάγκη λήψης μέτρων για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, από τη δεκαετία του 1970 κιόλας, έχει προχωρήσει σε μια σειρά από ενέργειες, ξεκινώντας με τη θέσπιση της MARPOL και καταλήγοντας στη στρατηγική μείωσης των εκπομπών GHG, με στόχο τον μηδενισμό τους το 2050. Κι ενώ τα NOx, τα SOx και τα σωματίδια που απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα κατά την καύση μπορούν να αντιμετωπιστούν από διάφορες after-treatment διατάξεις, το CO₂ αποτελεί πρόκληση. Σύμφωνα με την τέταρτη μελέτη του IMO για τις εκπομπές GHG (2020), έως και το 64% της απαιτούμενης μείωσης εκπομπών CO₂ μέχρι το 2050 θα οφείλεται στη χρήση εναλλακτικών καυσίμων χαμηλής ή μηδενικής περιεκτικότητας σε άνθρακα.
Επί του παρόντος, σε πλοία με χρονολογία ναυπήγησης από το 1960 έως το 2028 (αναμενόμενη), παρατηρείται χρήση Ελαφρότερων Κλασμάτων Πετρελαίου με ελαφριά τάση μείωσης την τελευταία δεκαετία, Βαρύτερων Κλασμάτων Πετρελαίου με τάση εγκατάλειψης την τελευταία δεκαετία. Τάση αύξησης χρήσης φαίνεται στα LNG, LPG, αιθάνιο και υδρογόνο, ενώ μεγαλύτερη τάση αύξησης φαίνεται στη μεθανόλη και στην αμμωνία. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι νέες ναυπηγήσεις, όπου σχεδόν τα ¾ αφορούν πλοία που θα κινούνται με μεθανόλη.
Φαίνεται πως η ναυτιλία έχει, ήδη, αρχίσει να στρέφεται προς άλλες εναλλακτικές εκτός των ορυκτών καυσίμων. Ο IMO σε συνεργασία με τους νηογνώμονες και τους σχεδιαστές μηχανών εσωτερικής καύσης προσπαθούν να ανοίξουν το φάσμα των εναλλακτικών προτάσεων για το μέλλον της ναυτιλίας, με τη MAN Energy Solutions να κατέχει ηγετική θέση στην εφαρμογή επιλογών εναλλακτικών καυσίμων ανά τύπο κινητήρα.
Προκειμένου να επιτευχθεί μηδενισμός των εκπομπών GHG, πρέπει να στραφούμε στη χρήση πράσινων καυσίμων, που αποδίδουν σχεδόν μηδενικούς ρύπους σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής τους. Η παραγωγή τους όμως είναι ακόμη πολύ χαμηλή. Χαρακτηριστικά, όπως δημοσίευσε η Mærsk, η παγκόσμια παραγωγή πράσινης μεθανόλης το 2021 έφτανε να τροφοδοτήσει, μόλις, τρία πλοία τον χρόνο. Η αμέσως καλύτερη επιλογή είναι τα μπλε καύσιμα και η χρήση τους ενδείκνυται για την περίοδο μετάβασης.
Η μεθανόλη, η αμμωνία και το υδρογόνο δεν μπορούν να αυταναφλεγούν εύκολα υπό τις συνθήκες λειτουργίας μηχανών εσωτερικής καύσης τύπου Diesel, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών αυτανάφλεξής τους σε σύγκριση με το πετρέλαιο ή λόγω του στενού εύρους αναφλεξιμότητάς τους. Το υδρογόνο, αν και διαθέτει μεγάλο εύρος αναφλεξιμότητας, απαιτεί ειδικές συνθήκες πίεσης και ανάμειξης για την επίτευξη καύσης. Για τον λόγο αυτό, στις μηχανές Diesel απαιτείται η χρήση ενός καυσίμου-οδηγού με χαμηλή θερμοκρασία αυτανάφλεξης και υψηλή ικανότητα ανάφλεξης, όπως το πετρέλαιο, ή καύσιμα με παρόμοιες ιδιότητες, όπως το συνθετικό Diesel ή το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG). Το καύσιμο-οδηγός αυταναφλέγεται πρώτο, δημιουργώντας τις απαραίτητες τοπικές πηγές θερμότητας, οι οποίες ενεργοποιούν και διατηρούν την καύση του κύριου καυσίμου (μεθανόλης, αμμωνίας ή υδρογόνου) στις μηχανές διπλού καυσίμου. Επίσης, η υποκατάσταση του πετρελαίου βοηθάει στην πλήρη απεξάρτηση από τα ορυκτά πετρελαϊκά καύσιμα και στη μείωση των εκπομπών GHG κατά τη μεταβατική περίοδο που πολλά πλοία θα χρησιμοποιούν ακόμη πετρελαϊκά καύσιμα. Ενδείκνυται το ανανεώσιμο Diesel (Hydrotreated Vegetable Oil ‒ HVO ή σκέτο HVO), ένα βελτιστοποιημένο βιοκαύσιμο, με υψηλή σταθερότητα, δεν αλλοιώνεται, δεν προκαλεί φθορές στα ελαστικά και ελαστομερή και δεν προκαλεί έμφραξη μερών του κινητήρα, σε αντίθεση με το Βιο-diesel (FAME).
Σημαντικό πλεονέκτημα, σε αυτό το εγχείρημα, αποτελεί η δυνατότητα μετατροπής των εν λειτουργία πλοίων, με εκτιμώμενο χρόνο εργασιών από 13 έως 19 μήνες. Οι προκλήσεις που υπάρχουν είναι:
- Η εύρεση χώρου επί του πλοίου για τις δεξαμενές καυσίμου, που απαιτείται να είναι μεγαλύτερες λόγω της μικρότερης ενεργειακής πυκνότητας των εναλλακτικών καυσίμων, όπου θα πληρούνται οι απαιτήσεις ασφαλείας, θα έχει τον μικρότερο αντίκτυπο στη δομή του πλοίου και τη μικρότερη δυνατή μείωση χώρου αποθήκευσης εμπορευμάτων.
- Η εύρεση περίκλειστου χώρου επί του πλοίου για την εγκατάσταση των αντλιών καυσίμου, των συστημάτων ρύθμισης πίεσης (fuel valve train) και των σχετικών υποδομών του καυσίμου.
- Η σχεδίαση των δικτύων σωληνώσεων, ούτως ώστε να μην επηρεάσουν τη δομή και τη στατικότητα του πλοίου.
- Η εύρεση χώρου επί του πλοίου για τα πρόσθετα συστήματα ασφαλείας.
Για την επιλογή καυσίμου, υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να συνυπολογιστούν, όπως αυτός του μεγέθους και της χρήσης του πλοίου. Το κόστος της πράσινης μεθανόλης και της πράσινης αμμωνίας αναμένεται να γίνει ανταγωνιστικό προς το πετρέλαιο μέσα στην επόμενη δεκαετία. Η πράσινη μεθανόλη είναι πιο έτοιμη για εφαρμογή από την πράσινη αμμωνία και το πράσινο υδρογόνο και φαίνεται να είναι η τάση ναυπήγησης τα επόμενα χρόνια, ενώ για τα δεξαμενόπλοια που θα μεταφέρουν μεθανόλη φαίνεται ότι είναι η καλύτερη επιλογή για να επωφελούνται και του φορτίου τους. Η αμμωνία πιθανώς να έχει προβάδισμα κυριαρχίας στη χρήση της, λόγω απουσίας κινδύνου έκρηξης και πυρκαγιάς, ενώ το υδρογόνο δεν φαίνεται να είναι μια επιλέξιμη εναλλακτική, λόγω της επικινδυνότητας που ενέχει η χρήση του, του μεγάλου όγκου που απαιτεί για την αποθήκευσή του επί του πλοίου και του πολύ υψηλού κόστους διάθεσής του. Μετά το 2050 ενδέχεται να είναι κατάλληλη η εγκατάστασή του σε μικρά πλοία, όπως αλιευτικά και ferry boat πορθμών, σε κυψέλες καυσίμου. Η εγκατάσταση scrubber θα είναι περιττή εφόσον δεν θα έχουμε απελευθέρωση οξειδίων του θείου. Η εγκατάσταση SCR θα χρειάζεται μόνο για τη χρήση αμμωνίας, ενώ θα είναι προαιρετική στη μεθανόλη για πλήρη μηδενισμό των εκπομπών ή για την περίπτωση έκτακτης ανάγκης, που το πλοίο θα λειτουργεί με το καύσιμο οδηγό. Ομοίως, η εγκατάσταση CCS θα είναι προαιρετική και για τα τρία εναλλακτικά καύσιμα.
Και ενώ η μετάβαση έχει ήδη αρχίσει, προκύπτει ο προβληματισμός για το ποιο είναι το κριτήριο για την επιλογή του τρόπου μεταστροφής, τη στιγμή που οι έρευνες δείχνουν πως υπάρχει σύγκρουση μεταξύ των οικονομικών συμφερόντων των εμπλεκομένων και της μετάβασης σε μια καθαρότερη πρακτική με γνώμονα το περιβάλλον. Παράλληλα, χρειάζεται ακόμη μελέτη και διερεύνηση για μέτρα που μπορούν να λάβουν τα κράτη προκειμένου η μεταστροφή της ναυτιλίας να μην επιβαρύνει άλλους τομείς της οικονομίας, για την όσο γίνεται εξάλειψη των κινδύνων διαφυγής αμμωνίας τόσο για τον κίνδυνο της υγείας του πληρώματος και των επιβατών, αν πρόκειται για επιβατηγό, όσο για τις περιβαλλοντικές συνέπειες. Και, τέλος, για το ποιο καύσιμο θα ήταν ασφαλέστερο στην περίπτωση των επιβατηγών, με τα μέχρι στιγμής δεδομένα να δείχνουν πως ίσως πρέπει να εξεταστεί η επιλογή του ανανεώσιμου Diesel με χρήση SCR και CCS.
Πηγή: Ι. Α. Δουραλή (2024). Συγκριτική μελέτη καυσίμων με μηδενικό αποτύπωμα για εφαρμογή στη Ναυτιλία και την Ηλεκτροπαραγωγή (Μεταπτυχιακή εργασία). Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, Πάτρα.
