Vận tải biển không phát thải bằng động cơ hơi nước thế hệ mới

Vận tải biển không phát thải bằng động cơ hơi nước thế hệ mới

    Vận tải biển không phát thải bằng động cơ hơi nước thế hệ mới


    Rất quan trọng đối với thương mại toàn cầu, lĩnh vực vận tải biển phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc giảm lượng khí thải carbon của nó một cách nhanh chóng. Ảnh: Ian Taylor qua Unsplash

    Emissions-free sailing is full steam ahead for ocean-going shipping
    Đó là hơi nước đầy đủ cho ngành vận tải biển châu Âu khi một làn sóng công nghệ năng lượng sạch mới được thiết lập để loại bỏ lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

    Vận tải biển, trong khi cần thiết cho thương mại, góp phần đáng kể vào lượng khí thải gây ra biến đổi khí hậu. Vận chuyển toàn cầu thải ra 3% lượng khí nhà kính (GHG) trên toàn thế giới. Với ngành hàng hải chịu trách nhiệm vận chuyển không dưới 90% thương mại thế giới, ngày càng có nhiều áp lực đối với ngành này trong việc giảm lượng khí thải carbon một cách nhanh chóng.

    Syed-Asif Ansar, nhà khoa học tại Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức, DLR, cho biết: “Vận chuyển quốc tế ở các vùng biển mở là một trong những nguồn chính của tất cả khí thải ở châu Âu.

    Mặc dù 3% có vẻ không lớn về quy mô, nhưng sự tăng trưởng nhu cầu vận tải biển trên toàn thế giới có nghĩa là lượng khí thải hàng hải đang tăng nhanh hơn hầu hết các lĩnh vực khác, ông nói.

    Nếu không có hành động, vận chuyển có thể gây ra 10 đến 13% lượng khí thải toàn cầu trong vòng vài thập kỷ.

    Nhiên liệu chuyển tiếp

    Ngày nay, hầu hết các tàu viễn dương và tàu container đều dựa vào động cơ diesel để tạo ra điện để đẩy tàu. Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), cơ quan của Liên hợp quốc chịu trách nhiệm quản lý vận tải biển, đặt mục tiêu giảm một nửa lượng khí thải từ tàu biển vào năm 2050. Điều này đòi hỏi ngành công nghiệp phải đặt ra một lộ trình hướng tới nhiên liệu sạch hơn.

    Một cách tiếp cận là loại bỏ dầu diesel và hướng tới khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). LNG được hình thành khi khí tự nhiên (mêtan) được làm lạnh từ thể khí sang thể lỏng, khiến nó có thể tích nhỏ hơn 600 lần. Điều này giúp cho việc vận chuyển và bảo quản trở nên dễ dàng hơn. Tăng nhiệt độ biến nó trở lại thành chất khí.

    Mặc dù LNG vẫn là nhiên liệu hóa thạch nhưng nó đã được đưa vào Cơ chế phân loại của EU, liệt kê nó như một loại nhiên liệu chuyển tiếp sẽ hỗ trợ việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo trong tương lai gần.

    Loại bỏ khói

    Vào năm 2020, dự án Nautilus đặt ra mục tiêu phát triển một loại động cơ mới dựa trên LNG có thể giảm một nửa lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính so với động cơ diesel và loại bỏ hoàn toàn khói thải diesel chứa các chất ô nhiễm có hại cho sinh vật biển và sức khỏe con người.

    Lấy tên từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là thủy thủ, dự án Nautilus hiện đang chế tạo một động cơ đặc biệt cho DLR ở Đức chạy bằng LNG.

    Động cơ này chứa một pin nhiên liệu oxit rắn có thể biến LNG thành điện - mà không cần đốt khí - và sau đó cung cấp năng lượng cho pin. Pin nhiên liệu và pin cùng nhau đẩy con tàu. Năng lượng hóa học từ khí đi vào lực đẩy nhiều hơn rất nhiều so với khi nó chỉ bị đốt cháy.

    Ansar, trưởng dự án Nautilus cho biết: “Sự chuyển đổi năng lượng không phải là đốt cháy mà là sự chuyển đổi điện hóa. "Nó hiệu quả hơn nhiều."

    Nhiên liệu oxit rắn đã tồn tại, nhưng không phải ở quy mô được sử dụng trong vận chuyển. Chúng được hình dung để sử dụng trong các nhà máy phát điện. Nhưng công nghệ hiện có quá cồng kềnh đối với tàu. Ansar nói: “Trọng lượng không phải là vấn đề chính trên tàu, nhưng khối lượng thì có.”

    Tàu biển

    Cũng hãy xem xét rằng một tàu biển điển hình cần từ 40 đến 60 megawatt, gần bằng mức tiêu thụ điện năng của một thị trấn có khoảng 10.000 ngôi nhà. Như hiện tại, các nhà cung cấp ở châu Âu chỉ có thể cung cấp các đơn vị pin nhiên liệu oxit rắn chủ yếu dưới 10 kilowatt, một phần nhỏ so với nhu cầu.

    Dự án Nautilus đã chế tạo các pin nhiên liệu lớn lên tới 30 kilowatt, sau đó được kết hợp lại thành từng bó để đạt được công suất 40 đến 60 megawatt cần thiết cho tàu.

    Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu đạt được chứng nhận thử nghiệm trên bờ vào năm 2024, thử nghiệm trên tàu vào năm 2026 và tàu chở khách chạy bằng động cơ vào năm 2030.

    Bước tiếp theo sẽ là tàu container. Họ đang nghĩ lớn. Ansar nói: “Chúng tôi không muốn cung cấp năng lượng cho tàu trong các ứng dụng thích hợp. "Chúng tôi muốn nhắm mục tiêu vào con voi trong phòng, đó là các tàu chở hàng, tàu chở khách lớn và các tàu viễn dương khác."

    Và bởi vì năng lượng LNG vẫn tạo ra khí thải CO2, dự án cũng đang nhìn xa hơn về thời điểm nhiên liệu hóa thạch chuyển tiếp này sẽ được thay thế bằng một loại nhiên liệu carbon thấp.

    Mêtan xanh

    Ban đầu, nhiên liệu này sẽ được pha trộn và sau đó được thay thế bằng một dạng LNG tái tạo, mêtan xanh, được tạo ra bằng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió. Khí mê-tan xanh không tạo thêm khí thải vào bầu khí quyển.

    Hiện tại, tham vọng là thay thế dần động cơ diesel trên tàu bằng công nghệ khai thác pin nhiên liệu, LNG và tích trữ pin. Những thách thức khác liên quan đến việc làm cho các đơn vị đủ mạnh cho các chuyến đi biển, với quy mô khổng lồ và có thể hoạt động dưới các tải trọng khác nhau.

    Nhưng dầu diesel và LNG không phải là những lựa chọn duy nhất khi nói đến việc cung cấp năng lượng cho các tàu chở hàng và tàu chở dầu trên biển. Một dự án khác tìm cách làm sạch vận tải biển toàn cầu bằng cách tận dụng tiềm năng của amoniac để tiếp thêm năng lượng cho ngành vận tải biển.

    Amoniac được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất và được biết đến như một thành phần quan trọng trong phân bón. Không màu 

    và có mùi hăng, thực tế là phân tử amoniac (NH3) rất giàu hydro làm cho nó trở nên hoàn hảo để thích nghi làm nhiên liệu. Khi được sử dụng làm nhiên liệu, khí thải duy nhất là nước, không có carbon để tạo CO2.

    Andrea Pestarino tại công ty tư vấn RINA ở Ý cho biết: “Người ta tập trung nhiều vào amoniac như một giải pháp thay thế có thể cho nhiên liệu carbon hóa thạch để làm động cơ đẩy, nhưng không có động cơ thương mại nào có thể được lắp đặt ngay trên tàu”. Ông điều phối dự án Engimmoniac, một trong số các sáng kiến ​​trên toàn thế giới nhằm khai thác amoniac để cung cấp năng lượng vận chuyển.

    Năng lượng dày đặc

    Amoniac là một phương tiện tương đối đậm đặc năng lượng để lưu trữ và vận chuyển hydro xanh được tạo ra từ năng lượng tái tạo. Amoniac lỏng đóng gói nhiều năng lượng hơn vào cùng một thể tích như hydro lỏng và có thể được lưu trữ ở âm 33 độ C, trái ngược với âm 253 độ C đối với hydro.

    Pestarino nói: “Thay vì lưu trữ hydro, bạn lưu trữ amoniac. Trong thực tế, điều này có nghĩa là bạn không còn cần các bình tích áp lớn để lưu trữ khí hydro đậm đặc, mà có thể chỉ cần giữ amoniac lỏng đã được làm lạnh.

    Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để đảm bảo không bị rò rỉ, vì amoniac là chất độc và có mùi. Dự án đang giải quyết một thách thức lớn hơn nữa; đảm bảo các khí oxit nitơ có hại được lọc sạch khỏi khói thải khi amoniac được tiêu thụ.

    Đó là cuộc nói chuyện của thị trấn trong giới vận chuyển. Ông Pestarino cho biết: “Amoniac hiện được coi là cách hiệu quả nhất để khử cacbon trong lĩnh vực vận tải biển, đặc biệt là động cơ đẩy.

    Amoniac xanh

    Engimmonia cũng đang chuyển đổi các công nghệ được sử dụng trên đất liền thành công nghệ có hình dạng con tàu sẵn sàng cho các điều kiện trên biển. Điều này đòi hỏi các chiến lược để tái chế nhiệt thải cho điện và điều hòa không khí. Ngoài ra còn có những thách thức thực tế như nơi lắp các tấm pin mặt trời lên tàu container, nơi có rất ít bề mặt tự do như chúng được thiết kế ngày nay.

    Đủ để nói rằng bản thân amoniac sẽ cần phải là amoniac xanh, được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo, giống như cách mà LNG cuối cùng sẽ phải được thay thế bằng metan xanh. Hiện tại, amoniac không phải là một giải pháp thay thế không có carbon vì năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch được sử dụng để tạo ra nó.

    Nhiều sáng kiến ​​đang được tiến hành để điều hướng ngành vận tải biển theo hướng khử cacbon, phù hợp với mục tiêu của Thỏa thuận Xanh Châu Âu, một kế hoạch đưa Châu Âu trở thành lục địa trung hòa về khí hậu đầu tiên trên thế giới.

    “Chúng tôi đang tập hợp tất cả các mảnh ghép lại với nhau để tạo thành một hệ thống khả thi cho người gửi hàng,” Ansar nói.

    Zalo
    Hotline