การเดินเรือแบบไร้มลพิษเป็นการเตรียมพร้อมสำหรับการขนส่งทางทะเล

อุตสาหกรรมการเดินเรือของยุโรปก้าวไปข้างหน้าอย่างเต็มที่เนื่องจากคลื่นลูกใหม่ของเทคโนโลยีพลังงานสะอาดถูกตั้งค่าให้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกลงน้ำ

โดย แอนโธนี่ คิง

การขนส่งในขณะที่จำเป็นสำหรับการค้า มีส่วนสำคัญต่อการปล่อยมลพิษที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การขนส่งทั่วโลกคายก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก 3% (GHG) ด้วยอุตสาหกรรมการเดินเรือที่รับผิดชอบในการขนส่งไม่น้อยกว่า 90% ของการค้าโลก มีแรงกดดันเพิ่มขึ้นในภาคส่วนในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างรวดเร็ว

“การขนส่งระหว่างประเทศในทะเลเปิดเป็นแหล่งสำคัญของการปล่อยมลพิษทั้งหมดในยุโรป” Syed-Asif Ansar นักวิทยาศาสตร์จาก German Aerospace Centre, DLR กล่าว

แม้ว่า 3% อาจดูไม่ใหญ่โตเท่าไททานิค แต่ความต้องการการขนส่งที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกหมายความว่าการปล่อยมลพิษทางทะเลได้เร่งตัวขึ้นเร็วกว่าภาคส่วนอื่น ๆ ส่วนใหญ่ เขากล่าว

หากไม่มีการดำเนินการ การขนส่งอาจต้องรับผิดชอบ 10-13% ของการปล่อยทั่วโลกภายในเวลาไม่กี่ทศวรรษ

เชื้อเพลิงชั่วคราว

ปัจจุบัน เรือเดินสมุทรและเรือคอนเทนเนอร์ส่วนใหญ่พึ่งพาเครื่องยนต์ดีเซลเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนเรือ องค์การ  การเดินเรือระหว่างประเทศ (IMO)ซึ่งเป็นหน่วยงานขององค์การสหประชาชาติที่รับผิดชอบด้านการควบคุมการเดินเรือ มีเป้าหมายที่จะลดการปล่อยเรือเดินทะเลให้เหลือครึ่งหนึ่งภายในปี 2050 อุตสาหกรรมนี้จำเป็นต้องกำหนดแนวทางสำหรับเชื้อเพลิงที่สะอาดขึ้น

วิธีหนึ่งคือการทิ้งดีเซลและหันไปทางก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) LNG เกิดขึ้นเมื่อก๊าซธรรมชาติ (มีเทน) เย็นตัวจากก๊าซเป็นของเหลว ทำให้ปริมาตรมีขนาดเล็กลง 600 เท่า ทำให้ง่ายต่อการขนส่งและจัดเก็บ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนกลับเป็นก๊าซ

แม้ว่า LNG จะยังคงเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ก็รวมอยู่ใน  อนุกรมวิธานของสหภาพยุโรปซึ่งระบุว่าเป็นเชื้อเพลิงในช่วงเปลี่ยนผ่านที่จะช่วยเปลี่ยนมาใช้พลังงานหมุนเวียนในอนาคตอันใกล้

กำจัดควัน

ในปี 2020  โครงการ Nautilus  ได้กำหนดจะพัฒนาเครื่องยนต์ชนิดใหม่โดยใช้ LNG ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกลงครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับดีเซลและกำจัดควันไอเสียดีเซลทั้งหมด ซึ่งประกอบด้วยสารมลพิษที่เป็นอันตรายต่อชีวิตในทะเลและสุขภาพของมนุษย์

โครงการ Nautilus ได้ชื่อมาจากคำภาษากรีกที่แปลว่ากะลาสี ตอนนี้กำลังสร้างเครื่องยนต์พิเศษใน  DLR  ในเยอรมนีที่จะทำงานบน LNG

เครื่องยนต์นี้ประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ที่เปลี่ยน LNG ให้เป็นไฟฟ้าโดยไม่ทำให้แก๊สเผาไหม้ จากนั้นให้พลังงานแก่แบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่ร่วมกันขับเคลื่อนเรือ พลังงานเคมีจากแก๊สไปขับเคลื่อนมากกว่าการเผาไหม้

“การแปลงพลังงานไม่ใช่การเผาไหม้ แต่เป็นการแปลงไฟฟ้าเคมีแทน” Ansar หัวหน้าโครงการ Nautilus กล่าว “มันมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก”

เชื้อเพลิงแข็งออกไซด์มีอยู่แล้ว แต่ไม่ได้อยู่ในมาตราส่วนที่ใช้ในการขนส่ง ถูกออกแบบเพื่อใช้ในโรงผลิตไฟฟ้า แต่เทคโนโลยีที่มีอยู่นั้นใหญ่เกินไปสำหรับเรือรบ ‘น้ำหนักไม่ใช่ปัญหาหลักบนเรือ’ อันซาร์กล่าว ‘แต่ปริมาณคือ’

เรือเดินทะเล

พิจารณาด้วยว่าเรือเดินสมุทรทั่วไปต้องการพลังงาน 40 ถึง 60 เมกะวัตต์ ซึ่งกินไฟพอๆ กับเมืองที่มีบ้านประมาณ 10,000 หลัง ซัพพลายเออร์ในยุโรปสามารถจัดหาได้เฉพาะหน่วยเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ซึ่งส่วนใหญ่ต่ำกว่า 10 กิโลวัตต์ ซึ่งน้อยกว่าที่จำเป็น

โครงการ Nautilus ได้สร้างเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่ถึง 30 กิโลวัตต์ ซึ่งรวมเข้าด้วยกันเป็นมัดเพื่อให้ได้ 40 ถึง 60 เมกะวัตต์ที่จำเป็นสำหรับเรือ

ทีมงานตั้งเป้าที่จะได้รับการรับรองการทดสอบบนบกภายในปี 2567 โดยมีการทดสอบบนเรือภายในปี 2569 และเรือโดยสารที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ภายในปี 2573

ขั้นตอนต่อไปจะเป็นเรือคอนเทนเนอร์ พวกเขากำลังคิดใหญ่ ‘เราไม่ต้องการที่จะขับเคลื่อนเรือในแอปพลิเคชันเฉพาะ’ Ansar กล่าว ‘เราต้องการกำหนดเป้าหมายไปที่ช้างในห้อง ซึ่งเป็นเรือสินค้า เรือโดยสารขนาดใหญ่ และเรือเดินทะเลอื่นๆ’

และเนื่องจากพลังงาน LNG ยังคงปล่อย CO2 อยู่ โปรเจ็กต์นี้จึงมองไปข้างหน้าว่าเมื่อใดที่เชื้อเพลิงฟอสซิลในช่วงเปลี่ยนผ่านนี้จะถูกแทนที่ด้วยทางเลือกคาร์บอนต่ำ

มีเทนสีเขียว

ในขั้นต้น เชื้อเพลิงจะถูกผสมและแทนที่ด้วยก๊าซมีเทนสีเขียวรูปแบบที่หมุนเวียนได้ ซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม มีเทนสีเขียวไม่เพิ่มการปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

สำหรับตอนนี้ ความทะเยอทะยานคือการค่อยๆ แทนที่เครื่องยนต์ดีเซลบนเรือด้วยเทคโนโลยีที่เจาะเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิง LNG และที่เก็บแบตเตอรี่ ความท้าทายเพิ่มเติมเกี่ยวข้องกับการทำให้หน่วยนี้แข็งแกร่งเพียงพอสำหรับการเดินทางในมหาสมุทร ขนาดใหญ่ และสามารถทำงานได้ภายใต้ภาระที่แตกต่างกัน

แต่ดีเซลและ LNG ไม่ใช่ทางเลือกเดียวในการจัดหาพลังงานให้กับเรือขนส่งสินค้าและเรือบรรทุกน้ำมัน อีกโครงการหนึ่งพยายามที่จะทำความสะอาดการขนส่งทั่วโลกโดยรวบรวมศักยภาพของแอมโมเนียเพื่อกระตุ้นอุตสาหกรรมการเดินเรือ

แอมโมเนียใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีและเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นส่วนประกอบสำคัญในปุ๋ย ไม่มีสีและมีกลิ่นฉุน ความจริงที่ว่าโมเลกุลแอมโมเนีย (NH3) อุดมไปด้วยไฮโดรเจนทำให้เหมาะที่จะดัดแปลงเป็นเชื้อเพลิง เมื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง การปล่อยมลพิษเพียงอย่างเดียวคือน้ำ โดยไม่มีคาร์บอนเหลืออยู่เพื่อสร้าง CO2

Andrea Pestarino จากที่ปรึกษา RINA ในอิตาลีกล่าวว่า “มีการเน้นที่แอมโมเนียเป็นทางเลือกที่เป็นไปได้สำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลคาร์บอน” เขาประสานงาน  โครงการ Engimmoniaซึ่งเป็นหนึ่งในโครงการริเริ่มทั่วโลกที่ต้องการใช้แอมโมเนียในการส่งพลังงาน

พลังงานหนาแน่น

แอมโมเนียเป็นวิธีการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนสีเขียวที่เกิดจากพลังงานหมุนเวียนค่อนข้างมาก แอมโมเนียเหลวบรรจุพลังงานมากขึ้นในปริมาตรเดียวกันกับไฮโดรเจนเหลว และสามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิลบ 33°C เมื่อเทียบกับลบ 253°C สำหรับไฮโดรเจน

“แทนที่จะเก็บไฮโดรเจน คุณต้องเก็บแอมโมเนียไว้” Pestarino กล่าว ในทางปฏิบัติ หมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้ถังแรงดันขนาดใหญ่เพื่อเก็บก๊าซไฮโดรเจนเข้มข้นอีกต่อไป แต่สามารถจับแอมโมเนียเหลวที่แช่เย็นไว้ได้

อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการดูแลเพื่อไม่ให้เกิดการรั่วซึม เนื่องจากแอมโมเนียเป็นพิษและมีกลิ่นเหม็น โครงการกำลังจัดการกับความท้าทายเพิ่มเติม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าก๊าซไนตรัสออกไซด์ที่เป็นอันตรายถูกขจัดออกจากควันไอเสียเมื่อบริโภคแอมโมเนีย

เป็นทอล์คออฟเดอะทาวน์ในแวดวงการเดินเรือ ‘ปัจจุบันแอมโมเนียถูกมองว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการลดคาร์บอนในภาคการขนส่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขับเคลื่อน’ Pestarino กล่าว

แอมโมเนียสีเขียว

Engimmonia ยังออกมาเพื่อเปลี่ยนเทคโนโลยีที่ใช้บนบกให้เป็นเทคโนโลยีรูปทรงเรือที่พร้อมสำหรับสภาพทะเล ต้องใช้กลยุทธ์ในการรีไซเคิลความร้อนเหลือทิ้งสำหรับไฟฟ้าและเครื่องปรับอากาศ นอกจากนี้ยังมีความท้าทายในทางปฏิบัติ เช่น ตำแหน่งที่จะติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนเรือคอนเทนเนอร์ ซึ่งมีพื้นผิวว่างน้อยมากตามที่ได้รับการออกแบบในปัจจุบัน

เพียงพอที่จะพูดได้ว่าแอมโมเนียจะต้องเป็นแอมโมเนียสีเขียวซึ่งเกิดจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนในลักษณะเดียวกับที่ LNG จะต้องถูกแทนที่ด้วยก๊าซมีเทนสีเขียวในท้ายที่สุด ในขณะนี้ แอมโมเนียไม่ได้เป็นทางเลือกที่ปราศจากคาร์บอน เนื่องจากพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกใช้ในการสร้าง

มีการริเริ่มหลายอย่างเพื่อนำทางอุตสาหกรรมการเดินเรือไปสู่การลดคาร์บอน โดยสอดคล้องกับเป้าหมายของ  European Green Dealซึ่งเป็นแผนเพื่อทำให้ยุโรปเป็นทวีปที่เป็นกลางด้านสภาพอากาศแห่งแรกของโลก

‘เรากำลังนำชิ้นส่วนปริศนาทั้งหมดมารวมกันเพื่อสร้างระบบที่ใช้งานได้สำหรับผู้ขนส่ง’ อันซาร์กล่าว

SMM เป็นงานแสดงสินค้าระหว่างประเทศชั้นนำสำหรับอุตสาหกรรมการเดินเรือ

เป็นเวลาหกทศวรรษที่ SMM เป็นเวทีระดับโลกที่เน้นถึงนวัตกรรมและการริเริ่มของอุตสาหกรรมล่าสุด และสนับสนุนการเจรจาและความร่วมมือ

ตั้งแต่วันที่ 6-9 กันยายน พ.ศ. 2565 ผู้เชี่ยวชาญด้านอุตสาหกรรมการเดินเรือจากทั่วทุกมุมโลกจะพบปะกันที่เมืองฮัมบูร์ก ประเทศเยอรมนี เพื่อหารือเกี่ยวกับการปรับตัวของภาคการเดินเรือให้เข้ากับสังคมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัล การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และการเปลี่ยนแปลงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ล้วนต้องการการดำเนินการในทันทีและการแก้ปัญหาที่เป็นนวัตกรรมใหม่

เยี่ยมชมบูธ 203 ของคณะกรรมาธิการยุโรป Hall A3 ที่ SMM Hamburg ในวันที่ 6-9 กันยายน และเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับงานของสหภาพยุโรปเกี่ยวกับการพัฒนาการขนส่งที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ยั่งยืน ปลอดภัย และดิจิทัล

ตามลิงค์เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ SMM ปีนี้
https://www.smm-hamburg.com/en/

งานวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจากสหภาพยุโรปและตีพิมพ์ครั้งแรกในนิตยสารHorizonซึ่งเป็นนิตยสาร EU Research and Innovation  

หน้าแรก