10 minute read
Πράσινη Ναυτιλία Του νικήτα νικητάκου, Πλοιάρχου Π.Ν. ε.α, Καθηγητή Πανεπιστημίου Αιγαίου, Μέλους ΔΣ ΝΜΕ
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 κοινότητα 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.
Advertisement
Ητεχνολογία στα πλοία στοχεύει κύρια στην απλοποίηση των διαδικασιών εξυπηρετώντας ταυτόχρονα την αποτελεσματικότητα. Οι εξελίξεις στην ψηφιακή τεχνολογία και η χρήση μεγάλης ποσότητας δεδομένων είναι σημαντικά στοιχεία για τον μετασχηματισμό και την σχεδίαση μακροπρόθεσμα συνεχούς σύνδεσης πλοίου και ξηράς με αποτέλεσμα την συνεχή παρακολούθηση της λειτουργίας του πλοίου από πλευράς περιβαλλοντικής συμπεριφοράς του. Οι κανονιστικές αλλαγές 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 συμπεριλαμβανομένης της χρήσης εναλλακτικών καυσίμων. Επίσης είναι σημαντικός στόχος ο περιορισμός της ρύπανσης του πλοίου στο θαλάσσιο χώρο. Ο 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 εφαρμοστούν θα εξετάσουμε στο άρθρο. Αρχίζοντας από την έννοια του πράσινου πλοίου όπως φαίνεται στην εικόνα θα δούμε ότι προτείνονται μια σειρά τεχνολογιών που αφορούν τα συστήματα προώσεως (μηχανές και βοηθητικά μηχανήματα) 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 παρατίθεται μικρή περιγραφή των σημαντικότερων τεχνολογιών που αναμένεται 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 περιοχών. 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 δεξαμενές έρματος με θάλασσα και στην συνέχεια στον τόπο προορισμού του αδειάζει αυτές τις δεξαμενές για την εκ νέου φόρτωση του. Η μεταφορά ποσότητας θαλάσσης από μια περιοχή στην άλλη επηρεάζει την βιοποικιλότητα του τόπου προορισμού και πολλές φορές έχουν παρατηρηθεί μικροοργανισμοί π.χ. σε περιοχές 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 σημαντική 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 κατασκευές πλοίων.
Εικόνα 3: Χρήση LNG σαν ναυτιλιακό καύσιμο.
Εικόνα 2: Διαδικασία διαχείρισης θαλάσσιου έρματος -Απουσία συστημάτων διαχείρισης Έρματος.
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 συμβατικά 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.
Τα βοηθητικά μηχανήματα είναι οι κύριες πηγές ενέργειας στα πλοία. Επιπρόσθετα λειτουργούν συνεχώς και κυρίως στα λιμάνια. Η χρήση LNG για την τροφοδότησή τους μειώνει σημαντικά την ατμοσφαιρική 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.
Η 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 Εικόνα 4: Συστήματα Scrubber. του ΙΜΟ.
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)
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% Εικόνα 7: Εφαρμογή μείωση στην κατανάλωση καυσίμου. νέων υφαλοχρωμάτων.Από θέματα προστασίας του περιβάλλοντος τα νέα χρώματα δεν αφήνουν κατάλοιπα και δεν ελευθερώνουν στοιχεία που συμβάλουν στην θαλάσσια ρύπανση. Τα συστήματα όπως αυτό στην εικόνα χρησιμοποιούνται αρκετά χρόνια και συμβάλουν στην μείωση της συνολικής κατανάλωσης καυσίμου 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.
Εικόνα 10:
Εικόνα 6: Συστήματα επαύξησης της ταχύτητος.
Kiteship.
Εικόνα 8: Σύστημα ανάκτησης θερμότητας.
1. Main Engine 2. Turbocharger 3. Power Turbine
Generator 4. Main Electrical
Grid Τα συστήματα πρόωσης που στηρίζονται σε ναυσιπλοΐα με χρήση αετού και χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συμβατικά συστήματα 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.
Η 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)
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 πρόωση 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 ερευνητικό 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.
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. Εικόνα 13: Ελάσματα με πτυχές.
Χρήση συστημάτων μεταβλητής συχνότητας σε αντλίες και ανεμιστήρες (UsageofVFDs (Variable-frequency drives) on pump sand blowers
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 η εγκατάστασή τους ακόμη και κατά την διάρκεια πλού. Εικόνα 14: Διακόπτες μεταβλητής συχνότητας.
Μια από τις πλέον επαναστατικές τεχνολογίες της τέταρτης βιομηχανικής επανάστασης είναι και η προσθετική κατασκευή ή τρισδιάστατη εκτύπωση. Η αρχή της τρισδιάστατης εκτύπωσης φαίνεται στην εικόνα 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
Η συμβολή των ρομποτικών συστημάτων είναι στις μέρες μας αναγνωρισμένη στην ναυπηγοεπισκευαστική βιομηχανία. 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 Εικόνα 16: Ρομποτικό Σύστημα άνθρωπο. Η εφαρμογή ναυπηγικών συγκολλήσεων. 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 σημαντικά 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.
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 κυριοτέρων 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.
