Tàu container điện sẽ không hiệu quả—nhưng một đội tàu chạy bằng pin phụ trợ có thể làm sạch ngành vận tải biển
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Vận tải biển vận chuyển 90% thương mại toàn cầu và tạo ra gần 3% lượng khí thải toàn cầu. Ngành này đã chứng minh được thách thức trong việc làm sạch, vì các tàu chở hàng có thể di chuyển hàng tuần giữa các cảng và thường phụ thuộc vào dầu nhiên liệu nặng giá rẻ, giàu năng lượng và gây ô nhiễm cực độ.
Đầu năm nay, những nỗ lực quốc tế nhằm hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng cách sử dụng nhiên liệu sạch hơn đã thất bại dưới áp lực từ Hoa Kỳ. Nhưng khi giá pin giảm dần qua từng năm, có thể sẽ có một hướng đi khác.
Phà điện đã đưa đón hành khách và ô tô trên các tuyến đường ngắn, trong khi tàu kéo cảng và tàu chở hàng nội địa cũng đang chuyển sang sử dụng điện. Hiện tại, điện khí hóa hoạt động tốt nhất trên những khoảng cách vừa phải, nơi có thể sạc tại bến tàu.
Liệu phương pháp này có thể áp dụng cho các tàu container xuyên đại dương? Những con tàu khổng lồ này có thể di chuyển từ Trung Quốc đến châu Âu mà không cần tiếp nhiên liệu do mật độ năng lượng của dầu. Trọng lượng và chi phí của bộ pin đồng nghĩa với việc sẽ rất khó để thay thế dầu bằng pin.
Nhưng điện khí hóa không phải là tất cả hoặc không có gì. Pin sẽ cần bắt đầu bằng cách hoạt động cùng với nhiên liệu lỏng. Trong nghiên cứu gần đây, tôi đã đưa ra hai cách tiềm năng để thực hiện điều này: sử dụng bộ pin trên tàu và sạc tại cảng, hoặc kết nối tàu container với tàu pin chuyên dụng.
Pin có thể hỗ trợ vận chuyển hàng hóa tốt nhất như thế nào?
Điện khí hóa là một giải pháp đáng giá để cắt giảm khí thải và có khả năng tiết kiệm chi phí. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để thực hiện điều đó—và liệu nó có hiệu quả về mặt kinh tế hay không.
Việc lắp đặt pin cố định trên tàu rất trực quan, tương tự như cách sử dụng bộ pin chính trong ô tô điện, xe buýt và xe tải. Trong trường hợp này, tàu sẽ sạc pin tại cảng và lý tưởng nhất là trên biển để tận dụng tối đa pin đắt tiền.
Cách tiếp cận thứ hai thì khác. Ở đây, tàu container có thể tự di chuyển bằng nhiên liệu hoặc điện sẽ khai thác được đội tàu pin nhỏ hơn trên toàn cầu.
Một tàu container sẽ liên kết với một tàu chạy bằng pin và sử dụng năng lượng dự trữ của nó khi tàu di chuyển dọc theo nó. Tàu chạy bằng pin sau đó sẽ tách ra và quay trở lại cảng để sạc lại. Tàu chạy bằng pin đã tồn tại, nhưng ở quy mô nhỏ hơn. Một lựa chọn sẽ là tích hợp chặt chẽ các tàu chạy bằng pin, giống như tàu ngầm bị tàu ngầm nuốt chửng trong bộ phim Điệp viên 007: Điệp viên 007: Yêu tôi.
Mô hình của tôi cho thấy một tàu container đi từ Trung Quốc đến châu Âu có thể được cung cấp năng lượng bởi các tàu chạy bằng pin giữa các cảng của Trung Quốc và Singapore. Sau đó, tàu sẽ sử dụng nhiên liệu để đi từ Singapore đến Sri Lanka và sau đó đến Sừng châu Phi. Việc thiếu đất liền gần đó có nghĩa là các tàu chạy bằng pin sẽ phải cung cấp năng lượng cho tàu trong hơn bốn ngày, điều này chỉ tiết kiệm nếu giá pin hàng hải giảm xuống cực thấp (dưới 100 đô la Úc mỗi kilowatt giờ).
Khi đến Sừng châu Phi, tàu có thể chuyển trở lại sang tàu chạy bằng pin, sạc bằng công suất năng lượng mặt trời đang bùng nổ của khu vực để đi qua Biển Đỏ và Biển Địa Trung Hải đến Bắc Âu. Mô hình của tôi cho thấy sẽ cần 33 tàu chạy bằng pin để đi từ Trung Quốc đến Bắc Âu.
Liệu có khả thi về mặt kinh tế không?
Mô hình của tôi cho thấy việc lắp đặt các bộ pin lớn trên tàu là không hợp lý về mặt kinh tế. Đối với mỗi tàu container New Panamax khổng lồ, chi phí lắp đặt 600 megawatt giờ lưu trữ sẽ lên tới gần 150 triệu đô la Úc với giá 232.000 đô la Mỹ/MWh. Pin được đánh giá phù hợp với điều kiện đại dương đắt hơn. Khi được sạc đầy, bộ pin khổng lồ này có thể chạy một tàu container trong 24 giờ - khoảng 700 km.
Con tàu sẽ phải được sạc thường xuyên để khoản đầu tư này trở nên xứng đáng. Tuy nhiên, khoảng cách xa giữa một số cảng khiến việc này trở nên khó khăn, và nếu phải thay đổi tuyến đường để đi vòng qua Châu Phi thay vì qua Biển Đỏ, bộ pin đắt tiền này có thể sẽ phải nằm im trong nhiều tuần.
Phương pháp sử dụng pin ngoài tàu có nhiều triển vọng hơn, vì nó mang lại cách tiếp cận dần dần và linh hoạt hơn.
Các tàu chạy bằng pin có thể được triển khai trước tiên ở những nơi năng lượng tái tạo rẻ nhất hoặc nơi khoảng cách giữa các điểm dừng ngắn. Lợi ích của việc điện khí hóa một phần có thể bắt đầu ở mức giá hiện tại, giả sử giá carbon được áp dụng cho nhiên liệu vận chuyển.
Mặc dù các tàu container hiện đang được đóng mới và cải tạo để cho phép kết nối điện tại cảng, nhưng điều này vẫn chưa đủ. Động cơ khổng lồ của những con tàu này sẽ phải được cải tiến để cho phép sử dụng hệ thống đẩy điện, với chi phí hiệu suất giảm 5–10%.
Nhiên liệu là một khoản chi phí lớn đối với chủ tàu, vì tàu container đốt hơn 100 tấn mỗi ngày. Một tấn nhiên liệu có giá khoảng 800 đô la Úc và cung cấp năng lượng hữu ích tương đương với khoảng 6 megawatt giờ điện. Khi nhiên liệu đắt đỏ, tàu di chuyển chậm hơn.
Ngay cả việc điện khí hóa một phần cũng sẽ giúp tăng tốc độ. Nghiên cứu của tôi cho thấy việc sử dụng hệ thống đẩy điện có thể tăng tốc độ lên tới 50%.
Nếu giá pin tiếp tục giảm mạnh, các nhà khai thác tàu sẽ có động lực tài chính rõ ràng để tìm kiếm các lựa chọn điện. Tàu sẽ di chuyển chậm hơn khi sử dụng nhiên liệu và nhanh hơn khi sử dụng điện.
Tìm kiếm
phía trước
Ngành vận tải biển đang tìm cách cắt giảm khí thải và hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0. Điều này đòi hỏi nhiều công nghệ, từ nhiên liệu sạch đến động cơ hiệu quả hơn và điện khí hóa khi khả thi.
Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu về điện khí hóa vận tải biển đều tập trung vào các chuyến đi ngắn. Tuy nhiên, giá pin và năng lượng tái tạo liên tục giảm mạnh đã làm thay đổi phương trình này.
Nếu lượng khí thải carbon được định giá ở nhiều quốc gia hơn, phương trình sẽ thay đổi nhanh hơn, vì điện sẽ trở thành lựa chọn rẻ hơn rất nhiều.
Các bộ pin khổng lồ trên các tàu container vượt đại dương khó có thể mang lại hiệu quả tài chính. Ngược lại, tàu chạy bằng pin ngoài tàu có triển vọng hơn nhiều. Ngay cả khi cuối cùng nó tỏ ra không khả thi, ý tưởng này vẫn xứng đáng được nghiên cứu nghiêm túc.
