ترسیم مسیر «چندسوختی» به سوی ۲۰۵۰

به گزارش مانا به نقل از پیام دریا، گذار به سوخت‌های کم‌کربن یا کربن‌صفر، هم از نظر قانونی و هم از منظر اقتصادی و محیط‌زیستی ضروری است. این مقاله یک تحلیل کیفی و کمی در زمینه سوخت‌های جایگزین از جمله سوخت‌های کم‌گوگرد مرسوم (LSFO/MGO) تا سوخت‌های کربن‌صفر آینده مانند آمونیاک و هیدروژن، با تمرکز بر مشخصات فنی، چالش‌های عملیاتی، هزینه‌ها، زیرساخت‌ها و چشم‌انداز قابلیت استفاده تا سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰ ارائه می‌دهد.

بررسی‌ها نشان می‌دهند که آینده صنعت دریانوردی بر پایه یک «سبد سوخت چندگانه» شکل خواهد گرفت و موفقیت آن به همکاری بین‌المللی و توسعه فناوری‌های سبز بستگی دارد.

ضرورت تحول در صنعت دریانوردی

صنعت دریانوردی از دیرباز به سوخت‌های سنگین نفتی مانند نفت کوره (HFO) وابسته بوده است. این سوخت‌ها با وجود هزینه پایین، انتشار بالای CO۲، SOx، ذرات معلق و سهم قابل توجهی در تغییرات اقلیمی دارند (Brynolf et al. , ۲۰۱۴). با تصویب مقررات IMO ۲۰۲۰ محدودیت محتوای گوگرد به ۰.۵ درصد اعمال شد و سوخت‌های کم‌گوگرد (LSFO/MGO) استاندارد شدند. با این حال، چالش اصلی انتشار CO۲ همچنان پابرجاست و صنعت به سمت گزینه‌های کم‌کربن و کربن صفر حرکت می‌کند.

اهمیت کربن‌زدایی

حمل‌و‌نقل دریایی به تنهایی حدود ۲ تا ۳ درصد از انتشار جهانی CO۲ را به خود اختصاص می‌دهد و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۵۰ بدون اقدامات برای کاهش مصرف سوخت، این سهم به حدود ۲ برابر افزایش یابد. کاهش انتشار، نه تنها الزام قانونی است بلکه مزایای اقتصادی مانند کاهش برخی از هزینه‌ها مثل بیمه، جذب سرمایه‌گذاری سبز و دسترسی به بازار‌های جدید را نیز به همراه دارد.

روند جهانی و فناوری‌های جدید

روند‌های جهانی شامل سرمایه‌گذاری در کشتی‌های با موتور دوگانه سوز  Dual-Fuel، توسعه Bio-LNG، متانول و آمونیاک سبز است. کشور‌هایی مانند نروژ و ژاپن پروژه‌های پایلوت کشتی‌های آمونیاک و متانول را اجرا کرده‌اند و شرکت‌هایی مانند Maersk و Stena Line سرمایه‌گذاری قابل توجهی در LNG و متانول دارند (Hansson et al. , ۲۰۲۰).

تحلیل کیفی سوخت‌های جایگزین

سوخت‌های کم گوگرد موسوم به LSFO و MGO از پالایش نفت خام به‌دست می‌آیند. درحالی‌که MGO پاک‌تر و با کیفیت بالاتر است و با موتور‌های دیزلی سنتی نیز سازگار است (IMO, ۲۰۲۰). چالش‌های این سوخت عبارتند از انتشار  CO۲ بالا و هزینه نسبتاً زیاد که برای ناوگان قدیمی مسئله‌ساز است. در حال حاضر بیشتر کشتی‌های فله‌بر و نفتکش‌ها در اروپا و آسیا از LSFO/MGO استفاده می‌کنند. پیش بینی می‌شود این دو سوخت تا سال ۲۰۳۰ همچنان به عنوان سوخت غالب باقی می‌مانند و تا سال۲۰۵۰ بیشتر به عنوان سوخت پشتیبان یا برای کشتی‌های قدیمی استفاده خواهند شد، مگر آنکه با Bio-LSFO/MGO یا فناوری جذب و ذخیره سازی دی اکسیدکربن یا در اصطلاح  CCS ترکیب شوند. (Brynolf et al. , ۲۰۱۴)

گاز طبیعی مایع شده  (LNG)

استفاده از این سوخت منجر به کاهش ۲۰ تا ۲۵ درصد نشر CO۲ و حذف تقریباً کامل نشر ذرات معلق و اکسید‌های گوگرد (SOx/PM) می‌شود. ولی نشت متان (Methane Slip)  از جمله چالش‌های زیست‌محیطی مهم آن است (Balcombe et al. , ۲۰۱۹). از جمله قابلیت مهم عملیاتی آن در موتور‌های Dual-Fuel LNG و امکان سوخت‌رسانی منعطف آن است و هم اکنون زیرساخت بنادر، در حال توسعه برای استفاده از این سوخت است. مهم‌ترین چالش آن نشت متان، هزینه بالای سرمایه‌گذاری اولیه و نیاز به ذخیره‌سازی دمای پایین است. این سوخت به عنوان سوخت «گذار» عمل می‌کند؛ به‌طوریکه Bio-LNG و e-LNG کلید دستیابی به کربن‌صفر تا ۲۰۵۰ هستند. کشتی Maersk Pelican و Stena Germanica  در اروپا و آسیا از موتور Dual-Fuel LNG استفاده می‌کنند.

متانول

سوخت مایع در دمای محیط، حمل و ذخیره‌سازی آسان، حذف SOx و کاهش PM و NOx. میزان انتشار آن  CO۲ وابسته به منبع تولید (متانول خاکستری در مقابل متانول سبز) است. (Hansson et al. , ۲۰۲۰)  موتور‌های Dual-Fuel متانول از سال ۲۰۱۶ عملیاتی شده‌اند. تبدیل کشتی‌ها به متانول نسبت به LNG ساده و ارزان‌تر است. چالش‌های این سوخت شامل تأمین مقیاس بزرگ متانول سبز، توسعه استاندارد‌های ایمنی و زیست‌محیطی آن می‌شود. متانول سبز می‌تواند ستون اصلی دریانوردی بدون کربن تا ۲۰۵۰ باشد.

آمونیاک  (NH۳)

تنها سوخت بدون کربن واقعی، احتراق بدون CO۲، اما چالش‌های سمی بودن، چگالی انرژی پایین و انتشار N۲O (در صورت عدم کنترل مناسب احتراق) را همچنان دارد. (Smith et al. , ۲۰۱۹) اجرای پروژه‌های پایلوت و توسعه موتور؛ زیرساخت بنادر و آموزش ایمنی در مورد توسعه کاربرد استفاده از آن ضروری است. سمی بودن، نیاز به ذخیره‌سازی ویژه، توسعه قوانین ایمنی بین‌المللی از جمله چالش‌های آن بوده و آمونیاک سبز نامزد اصلی سوخت کشتی‌های اقیانوس‌پیما تا سال ۲۰۵۰ است. پروژه Yara Birkeland در نروژ، کشتی بدون سرنشین با موتور آمونیاک در حال آزمایش از جمله نمونه‌های تجاری استفاده از این سوخت هستند.

گاز مایع  (LPG)

مهم‌ترین ویژگی‌های این سوخت، حمل آسان‌تر آن نسبت به  LNG، انتشار  CO۲ محدود و کاهش نشر SOx و PM بوده و عمدتاً برای کشتی‌های  VLGC مناسب است. چالش آن شامل سهم محدود بازار و وابسته بودن آن به تولید Bio-LPG یا Renewable LPG  است. این سوخت برای کشتی‌های خاص مناسب است و در سبد سوخت چندگانه نقش مکمل دارد.

تحلیل مقایسه‌ای و سناریو‌های آینده

در افق سال ۲۰۳۰، دوره گذار چندسوختی؛ LNG و متانول سهم بازار خود را افزایش می‌دهند، LSFO  افول می‌کند و آمونیاک در حال بلوغ است. همچنین در افق سال۲۰۵۰، تحقق اهداف IMO نیازمند تولید سوخت سبز، زیرساخت جهانی، همکاری دولت‌ها و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین است.

مقایسه سوخت‌های فعلی و جایگزین در صنعت حمل و نقل دریایی

به لحاظ اقتصادی، هزینه سوخت‌های سبز تا سال ۲۰۵۰ باید کاهش یابد و ترکیب استفاده از سوخت‌ها برای بهره‌وری اقتصادی ضروری است. از نظر فنی، فناوری موتور Dual-Fuel، ذخیره‌سازی ویژه سوخت، سیستم‌های ایمنی و استاندارد‌های بین‌المللی باید توسعه یابند و از بعد محیط‌زیستی، کاهش انتشار گاز‌های  CO۲، NOx، SOx  و ذرات معلق PM  و اجتناب از نشر متان، از اولویت‌هاست. از منظر سیاست گذاری، دولت‌ها باید قوانین مشوق و چارچوب‌های حمایتی برای سرمایه‌گذاری سبز ارائه دهند.

نتیجه‌گیری

آینده دریانوردی بر پایه سبدی چندگانه از انواع سوخت شکل خواهد گرفت و موفقیت در کاهش انتشار تا ۲۰۵۰ نیازمند:

تولید سوخت‌های سبز و ارزان‌تر

توسعه زیرساخت جهانی سوخت‌رسانی

سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین موتور و ذخیره‌سازی

همکاری بین‌المللی بین دولت‌ها، صنعت و تأمین‌کنندگان انرژی