Πράσινη Ναυτιλία

78

Του Νικήτα Νικητάκου, Πλοιάρχου Π.Ν. ε.α, Καθηγητή Πανεπιστημίου Αιγαίου, Μέλους ΔΣ ΝΜΕ

Στις μέρες μας υπάρχουν μια σειρά αλλαγές και καινοτομίες που θα επηρεάσουν σε σημαντικό βαθμό την παγκόσμια εμπορική ναυτιλία. Η κυριότερη από αυτές είναι η μετάβαση στην κοινωνία χαμηλού αποτυπώματος άνθρακα και στην δραστική μείωση των εκπομπών από τα πλοία. Η ναυτιλιακή κοινότη-τα δουλεύει αυτή την στιγμή με εντατικό ρυθμό να βρει λύσεις που να είναι εφικτές εμπορικά, τεχνικά αποδεκτές και να εξασφαλίζουν την ασφάλεια των θαλασσίων μεταφορών.

H τεχνολογία στα πλοία στοχεύει κύρια στην απλοποίηση των διαδικασιών εξυπηρετώντας ταυτόχρονα την απο-τελεσματικότητα. Οι εξελίξεις στην ψηφιακή τεχνολογία και η χρήση μεγάλης ποσότητας δεδομένων είναι σημα-ντικά στοιχεία για τον μετασχηματισμό και την σχεδίαση μακροπρόθεσμα συνεχούς σύνδεσης πλοίου και ξηράς με αποτέλε-σμα την συνεχή παρακολούθηση της λειτουργίας του πλοίου από πλευράς περιβαλλοντικής συμπεριφοράς του. Οι κανονιστικές αλλα-γές που επιβλήθηκαν το 2020 και αναμένεται πολύ περισσότερες τα επόμενα χρόνια δημιούργησαν επανάσταση στον τρόπο λειτουργίας της εμπορικής ναυτιλίας. Ο κυριότερος στρατηγικός στόχος που υπάρχει τώρα είναι η αποτίμηση των υπαρχουσών τεχνολογιών και στρατηγικών ώστε να επιτευχθεί ο στόχος των καθαρότερων και χαμηλότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα εκπομπών συμπεριλαμ-βανομένης της χρήσης εναλλακτικών καυσίμων. Επίσης είναι σημα-ντικός στόχος ο περιορισμός της ρύπανσης του πλοίου στο θαλάσσιο χώρο.

O ναυτιλιακός τομέας έχει το 90% της συνολικής μεταφοράς αγαθών ενώ εκπέμπει το 3% των συνολικών αερίων θερμοκηπίου (Global Greenhouse Gas (GHG). Πολλά χρόνια πριν έχει αναδειχτεί η επιδίωξη για τεχνικοοικονομικά καθαρότερη λειτουργία. Τον Απρίλιο του 2018 ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός υιοθέτησε μια αρχική στρατηγική για την κλιματική αλλαγή που έθεσε σαν στόχο την μείωση κατά 50% των εκπομπών από την ναυτιλία το 2050. Αυτό προϋποθέτει μια σειρά ενεργειών που αφορούν τεχνολογικά, λειτουργικά και κανονιστικά χαρακτηριστικά που μακροχρόνια θα εφαρμοστούν στην Ναυτιλία. Στα πλαίσια αυτά προέκυψε ο όρος ‘Πράσινη’ Ναυτιλία και ‘Πράσινο Πλοίο’ μερικές από τις τεχνολογίες που έχουν προταθεί να εφαρμο-στούν θα εξετάσουμε στο άρθρο.

Αρχίζοντας από την έννοια του πράσινου πλοίου όπως φαίνεται στην εικόνα θα δούμε ότι προτείνονται μια σειρά τεχνολογιών που αφο-ρούν τα συστήματα προώσεως (μηχανές και βοηθητικά μηχανήμα-τα) την κατασκευή του πλοίου (σκάφος, χρώματα κλπ) συστήματα διαχείρισης έρματος , χρήση εναλλακτικών καυσίμων κ.α. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για την συνολική διαχείριση της πράσινης ναυτιλίας υπάρχουν και άλλοι τομείς που έχουν σημαντικό ενδιαφέρον όπως η σχεδίαση πλοίου (χρήση δεικτών ενεργειακής απόδοσης πλοίου -EEDI) και στην λειτουργία (δείκτες ενεργειακής διαχείρισης ΕΕΟΙ και πλεύσης με χαμηλή ταχύτητα-slow steaming). Στη συνέχεια παρατί-θεται μικρή περιγραφή των σημαντικότερων τεχνολογιών που ανα-μένεται να επικρατήσουν στο μέλλον στη σχεδίαση και στη λειτουργία των πλοίων Η διαχείριση θαλασσίου έρματος κύρια από τα δεξαμενόπλοια δημιουργεί σημαντικά προβλήματα στην βιοποικιλότητα πολλών περι-οχών. Όπως φαίνεται στο αριστερό τμήμα της εικόνας 2 ένα πλοίο μετά την παράδοση του φορτίου του για αν επιτύχει την απαιτούμενη ευστάθεια για την συνέχεια του ταξιδιού του γεμίζει ειδικές δεξαμε-νές έρματος με θάλασσα και στην συνέχεια στον τόπο προορισμού του αδειάζει αυτές τις δεξαμενές για την εκ νέου φόρτωση του. Η μετα-φορά ποσότητας θαλάσσης από μια περιοχή στην άλλη επηρεάζει την βι-οποικιλότητα του τόπου προορισμού και πολλές φορές έχουν παρατηρη-θεί μικροοργανισμοί π.χ. σε περιο-χές της Ευρώπης που συναντώνται μόνο στην Νότια Αμερική Ο Διεθνή Ναυτιλιακός Οργανισμός ΙΜΟ με τον νέο κανονισμό του για Ballast Water Management απαιτεί από τα πλοία διαδικασίες και μιας εγκατάστασης σημαντικού κόστους που αφαιρεί τους μικροοργανισμούς από το έρμα ώστε να μην υπάρχει πρόβλημα στον τόπο κατάπλου. Σήμερα υπάρχει ση-μαντική ερευνητική προσπάθεια να μην χρειάζεται εγκατάσταση αλλά η όλη ευστάθεια κατά τον άφορτο πλού να εξασφαλίζεται από ροή θαλασσίου ύδατος όπως φαίνεται στο αριστερό τμήμα της εικόνας 2 δημιουργώντας μια νέα πραγματικότητα στις κατα-σκευές πλοίων.

Εικόνα 1: Σχηματική παράσταση τεχνολογιών για Πράσινο πλοίο.

Απουσία συστημάτων διαχείρισης Έρματος (No Ballast System)

 

Εικόνα 2: Διαδικασία διαχείρισης θαλάσσιου έρματος
Απουσία συστημάτων διαχείρισης Έρματος
(No Ballast System)

Το Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (Liquefied Natural Gas LNG) στις μέρες μας χαρακτηρίζεται σαν το μελλοντικό καύσιμο για την ναυτιλία λόγω της καθαρότητας των εκπομπών του σε σχέση με τα συμβα-τικά ναυτιλιακά καύσιμα. Στις νέες κατασκευές αλλά και στα πλοία μιας ηλικίας γίνεται προσπάθεια εισαγωγή μηχανών διπλού καυσίμου ώστε μακριά από τα λιμάνια να λειτουργούν με συμβατικά ναυτιλιακά καύσιμα και κοντά στα λιμάνια να έχουν LNG σαν καύσιμο. Υπάρχουν σημαντικές δυσκολίες που πρέπει να καλυφθούν με κυριότερη τον χώρο που καταλαμβάνουν οι δεξαμενές αποθήκευσης του LNG αλλά παρόλα αυτά λόγω των νέων περιβαλλοντικών κανονισμών η λύση προκρίνεται όλο και περισσότερο.

 

Εικόνα 3: Χρήση LNG σαν ναυτιλιακό καύσιμο.

Υγροποιημένο αέριο σαν καύσιμο για Βοηθητικά μηχανήματα (LNG Fuel for Auxiliary engine)

Τα βοηθητικά μηχανήματα είναι οι κύριες πηγές ενέργειας στα πλοία. Επιπρόσθετα λειτουργούν συνεχώς και κυρίως στα λιμάνια. Η χρή-ση LNG για την τροφοδότησή τους μειώνει σημαντικά την ατμοσφαι-ρική ρύπανση. Σημαντικό στοιχείο στην περίπτωση των βοηθητικών συστημάτων είναι ότι δεν χρειάζεται μεγάλη δεξαμενή αποθήκευσης όπως στην προηγούμενη περίπτωση. Η μεγαλύτερη εφαρμογή τους εστιάζεται σε πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων που από την φύση του έργου τους παραμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στα λιμάνια.

Συστήματα επεξεργασίας θείου από καυσαέρια (Sulphur Scrubber System)

H μείωση του θείου και των οξειδίων του από τις εκπομπές των πλοίων είναι κάτι που θα απασχολήσει την ναυτιλία μελλοντικά. Με τους νέους κανονισμούς του ΙΜΟ το εκπεμπόμενο θείο από τις εξαγωγές των πλοίων θα πρέπει να μειωθεί σε σχεδόν μηδενικά επίπεδα. Για να γίνει εφικτό αυτό τοποθετούνται στις εξαγωγές μηχανών ειδικές συσκευές (scrubbers)που χρησιμοποιώντας κυρίως νερό που αναμειγνύεται με τα καυσαέρια μειώνουν κατά 98% το μονοξείδιο του θείου και τα άλλα επιβλαβή συστατικά των καυσαερίων. Υπάρχουν δύο ειδών συστήματα τα ανοικτού τύπου όπου τα υπόλοιπα της πλύσης καταλήγουν εκτός πλοίου και τα κλειστού τύπου όπου τα κατάλοιπα  αποθηκεύονται εντός του πλοίου. Τα συστήματα των scrubbers αποτελούν βασική μετασκευή για την λειτουργία των μεγαλύτερης ηλικίας πλοίων στους νέους κανονισμούς του ΙΜΟ.

Συστήματα πηδαλίων και ελίκων (Advanced Rudder and Propeller System)

Εικόνα 5: Advanced designs of propeller and rudder systems have been developed to not only reduce the fuel consumption but also improve the speed of the vessel.

Συστήματα επαύξησης της ταχύτητος (Speed Nozzles)

Εικόνα 6: Συστήματα επαύξησης της ταχύτητος.

Τα συστήματα επαύξησης ταχύτητος χρησιμοποιούνται κύρια σε μικρά πλοία και ρυμουλκά. Σε συνδυασμό με τις νέες κατασκευαστικές καινοτομίες στη σχεδίαση των πλοίων μπορούν να βελτιώσουν την ισχύ των πλοίων και να προσφέρουν μια βελτίωση στην ισχύ της τάξεως του 5 %.

Υφαλοχρώματα (HullPaint)

Η εποχή μας χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας και των νέων υλικών. Τα νέα χρώματα υφάλων του πλοίου που έχουν προταθεί αν εφαρμοστούν με τον σωστό τρόπο μειώνουν την αντίσταση του πλοίου στις τριβές και προσφέρουν 3,8% μείωση στην κατανάλωση καυσίμου.

Από θέματα προστασίας του περιβάλλοντος τα νέα χρώματα δεν αφήνουν κατάλοιπα και δεν ελευθερώνουν στοιχεία που συμβάλουν στην θαλάσσια ρύπανση.

Εικόνα 7: Εφαρμογή νέων υφαλοχρωμάτων.

Συστήματα Ανάκτησης Θερμότητας Αποβλήτων (Waste Heat Recovery

Εικόνα 8: Σύστημα ανάκτησης θερμότητας.
1. Main Engine 2. Turbocharger 3. Power Turbine 4. Generator 5. Main Electrical Grid

Τα συστήματα όπως αυτό στην εικόνα χρησιμοποιούνται αρκετά χρό-νια και συμβάλουν στην μείωση της συνολικής κατανάλωσης καυσί-μου κατά 14%.

Βελτιωμένο Σύστημα Παροχής ύδατος από αντλίες και συστήματα ψύξης (Improved Pump and Cooling Water System)

Η χρήση βελτιστοποίησης για το σύστημα ψύξης των σωληνώσεων ψυγείων και αντλιών έχει σαν αποτέλεσμα την βελτίωση  της αντίστασης  στην ροή με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση 20% στην ηλεκτρική ισχύ και στην κατανάλωση του καυσίμου της τάξεως του 1,5%. Στην βελτιστοποίηση αυτή πολλές φορές χρησιμοποιούνται έξυπνοι αλγόριθμοι στα συστήματα ελέγχου διεργασιών.

Εικόνα 9: Βελτιωμένο Σύστημα Παροχής ύδατος.

Συστήματα Πρόωσης με χρήση αετού (KitePropulsionSystem)

Εικόνα 10: Kiteship.

Τα συστήματα πρόωσης που στηρίζονται σε ναυσιπλοΐα με χρήση αετού και χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συμβατικά συστήμα-τα μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου και μειώνουν εκπομπές as NOx, SOx and CO2 σε σημαντικό βαθμό. Το σύστημα χρησιμοποιεί έναν γιγαντιαίο αετό από την πλώρη του πλοίου για υποβοήθηση της πρόωσης στην θάλασσα.

 

Πρόωση με χρήση ηλιακής ενέργειας και κυψελών καυσίμου (Fuel and Solar Cell Propulsion)

Εικόνα 11: Πλοίο με ηλιακή ενέργεια.

H πρόωση με ηλιακά συστήματα, κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες σε διάφορους συνδυασμούς ή συνδυασμοί αυτών μειώνουν σε μεγάλο βαθμό τις εκπομπες σε αέρια θερμοκηπίου. Τα συστήματα αυτά κύρια χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συμβατικά συστήματα πρόωσης. Το μειονέκτημα των συστημάτων ηλιακής ενέργειας είναι η μεγάλη επιφάνεια που απαιτείται ώστε να είναι τεχνικοοικονομικά εφικτά. Οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούνται κύρια στο Πολεμικό Ναυτικό αλλά έχει ξεκινήσει και η εφαρμογή τους σε εμπορικά πλοία με κύριο πλεονέκτημα τον μεγάλο χρόνο επαναφόρτισής του και την μεγάλη αυτονομία πλεύσης που δίνουν.

 

Ηλεκτρικά Πλοία (Electric Ships)

Εικόνα 12: Ηλεκτρικό πλοίο στα νορβηγικά φιορδ.

Στις μέρες μας μερικοί τύποι πλοίων με σκοπό να μειώσουν την εξάρτησή τους από καύσιμα με υψηλή περιεκτικότατα σε θείο άζωτο και μονοξείδιο χρησιμοποιούν την πλήρως ηλεκτρική πρόωση. Η πρόω-ση αυτή στηρίζεται σε μπαταρίες και απαιτεί υποδομές σε σταθμούς φόρτωσης στα λιμάνια κατάπλου. Εφαρμόζεται κύρια σε πλοία που εκτελούν πλόες μικρών αποστάσεων κα ιαποτελούν σημαντικό ερευ-νητικό πεδίο για την κατασκευή των μελλοντικών καθαρών πλοίων. Υπάρχουν καλές περιπτώσεις από άλλους τομείς όπως το ηλεκτρικό αυτοκίνητο που γίνεται προσπάθεια μεταφοράς καλών πρακτικών στον ναυτιλιακό τομέα.

Συστήματα ναυπηγικών ελασμάτων με πτυχές (SandwichPlateSystem)

Η Εικόνα 13: Ελάσματα με πτυχές.

Η διαδικασία αφορά την συνένωση δύο ελασμάτων με ενδιάμεσο ελαστομερές από πολυουρεθάνη όπως φαίνεται στην εικόνα. Αυτό επιτρέπει την χρήση μικρότερων ποσοτήτων από χάλυβα κάνοντας την κατασκευή του πλοίου ελαφρύτερη  και ποιο  ανθεκτική στην διάβρωση. Η τεχνολογία αυτή αποτελεί ένα καλό παράδειγμα ενός πράσινου πλοίου κατά την διαδικασία διάλυσης και επεκτείνει τον χρόνο ζωής του  πλοίου μειώνοντας  τις απαιτήσεις συντήρησης.

 

Χρήση συστημάτων μεταβλητής συχνότητας σε αντλίες και ανεμιστήρες (UsageofVFDs (Variable-frequency drives) on pump

Εικόνα 14: Διακόπτες μεταβλητής συχνότητας.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι μείωσης της ενεργειακής κατανάλωσης ενός πλοίου και ένας από αυτούς είναι οι διακόπτες μεταβλητής συχνότητας. Οι διακόπτες αυτοί που κύρια χρησιμοποιούνται στα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι φθηνοί και είναι εύκολη εγκατάστασή τους ακόμη και κατά την διάρκεια πλού.

 

Τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης (3-D Printing Technology

Μια από τις πλέον επαναστατικές τεχνολογίες της τέταρτης βιομηχα-νικής επανάστασης είναι και η προσθετική κατασκευή ή τρισδιάστατη εκτύπωση. Η αρχή της τρισδιάστατης εκτύπωσης φαίνεται στην εικό-να όπου από ένα σχέδιο μπορεί να γίνει η κατασκευή ενός ολόκληρου εξαρτήματος. Χρησιμοποιείται ήδη σε διάφορους άλλους κλάδους των μεταφορών και όχι μόνο. Ο κυριότερος περιορισμός του είναι η ποιότητα των υλικών που χρησιμοποιούνται και κύρια για απαιτήσεις εξαρτημάτων με εξειδικευμένες μηχανικές ιδιότητες. Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει ελάχιστα κατάλοιπα και χρησιμοποιείται πειραματικά σε αυτή την φάση για την παραγωγή ανταλλακτικών ή εξειδικευμένες επισκευές εν πλω μειώνοντας τις καθυστερήσεις των πλοίων.

 

Εικόνα 15: Αρχή λειτουργίας τρισδιάστατης εκτύπωσης.

 

Ρομποτικά Συστήματα στην κατασκευή πλοίου (Shipbuilding Robotics)

H συμβολή των ρομποτικών συστημάτων είναι στις μέρες μας αναγνωρισμένη στην ναυπηγο-επισκευαστική βιομηχα-νία. Τα ρομπότ μπορούν να εκτελούν εργασία με μεγαλύτερη ακρίβεια απ’ ότι ο άνθρωπος και μπορούν να έχουν πρόσβαση σε περιοχές που είναι επικίνδυνες για τον άνθρωπο. Η εφαρμογή τους σε εξειδικευμένες εργασίες (π.χ. συγκολλήσεις, βαφές ) και σε περιπτώσεις όπου υπάρχει έλλειψη ανθρώπινου δυναμικού είναι σημαντική για κατασκευές όπως τα πλοία. Βασικό πλεονέκτημα τους είναι ότι δεν αφήνουν ση-μαντικά περιβαλλοντικά κατάλοιπα και έχουν μειωμένη κατανάλωση ενέργειας. Οι εξελίξεις σε θέματα τεχνητής νοημοσύνης και μηχανικής μάθησης δημιουργεί σημαντικά πλεονεκτήματα στα ρομπότ και στην χρήση τους σε ναυπηγικές κατασκευές με οιανδήποτε πολυπλοκότητα.

Εικόνα 16: Ρομποτικό Σύστημα ναυπηγικών συγκολλήσεων.

 

Υλικά από ανθρακονήματα (Buckypaper)

Εικόνα 17: Υλικά από ανθρακονήματα.

Η σύγκριση υλικών που χρησιμοποιούν ανθρακονήματα με τα παραδοσιακά ναυπηγικά υλικά (π.χ. Χάλυβας) έχει σαν αποτέλεσμα το 1/10 από πλευράς βάρους και 500 φορές σε αντοχή και 2 φορές σε σκληρότητα από διαμάντι. Η χρήση των παραπάνω υλικών Οι δοκιμές αυτών των υλικών στην παρούσα φάση δοκιμάζονται στο πολεμικό Ναυτικό αλλά η εφαρμογή τους σε εμπορικά πλοία θα έχει σαν αποτέλεσμα λιγότερη κατανάλωση καυσίμου, καλύτερη αντοχή στην διάβρωση και σημαντική βελτίωση της αντοχής του πλοίου σε πυρκαγιές λόγω των ιδιοτήτων του υλικού να αντιστέκονται στην εξάπλωση της πυρκαγιάς.

 

Επίλογος – Συμπεράσματα

Στο περιορισμένο χώρο του περιοδικού έγινε μια μικρή περιγραφή των κυριότερων τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στην πράσινη ναυτιλία και κυρίως όσον αφορά τις νέες τεχνολογίες των πλοίων. Το θέμα της πράσινης Ναυτιλίας δεν εξαντλείται μόνο στην τεχνολογία του πλοίου αλλά αφορά και την λειτουργία του πλοίου και τις υποδομές και την λειτουργία των λιμανιών (συστήματα παροχής ρεύματος από την ξηρά). Οι νέοι περιβαλλοντικοί κανονισμοί του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού που τίθενται σε ισχύ από το 2020 θα δώσουν σημαντική ώθηση στην ανάδειξη νέων πράσινων τεχνολογιών με τελικό σκοπό στην μετάβαση στην ναυτιλία μηδενικού αποτυπώματος άνθρακα.