Le navi trasportano più dell’80% delle merci a livello mondiale e si affidano molto ad alcuni dei combustibili da trasporto meno ecologici a disposizione.
Non ci sono soluzioni economiche e ampiamente disponibili che possano abbassare le emissioni di carbonio dell’industria navale che riscaldano il pianeta – infatti, il trasporto marittimo è considerato uno dei settori più difficili da decarbonizzare sul pianeta – ma alcune interessanti innovazioni stanno venendo testate.
Come professore di architettura navale e ingegneria marina, lavoro sui sistemi di propulsione e controllo delle navi, tra cui l’elettrificazione, le batterie e le celle a combustibile. Con l’attenzione focalizzata sul cambiamento climatico questa settimana, mentre i leader mondiali si incontrano al vertice del G-7 e i negoziatori discutono le emissioni del trasporto marittimo in una riunione dell’Organizzazione marittima internazionale delle Nazioni Unite, diamo uno sguardo a ciò che è possibile e ad alcuni dei combustibili e delle tecnologie che probabilmente definiranno il futuro del settore.
Il problema climatico del trasporto marittimo
Il trasporto marittimo è il modo più economico per spostare materie prime e merci sfuse. Questo comporta sia un enorme impatto economico che una grande impronta di carbonio.
L’industria emette circa 1 miliardo di tonnellate di anidride carbonica all’anno – quasi il 3% delle emissioni globali, secondo l’IMO, un’agenzia specializzata delle Nazioni Unite composta da 174 nazioni membri che stabilisce gli standard per l’industria. Se il trasporto marittimo fosse un paese, si collocherebbe tra il Giappone e la Germania come il sesto maggior contribuente alle emissioni globali di biossido di carbonio. Inoltre, quasi il 70% delle emissioni delle navi avviene entro 250 miglia (400 chilometri) dalla terraferma, il che significa che ha anche un impatto sulla qualità dell’aria, specialmente per le città portuali.
L’innovazione tecnologica, oltre alle politiche, sarà cruciale per raggiungere una navigazione a basse emissioni di carbonio o a emissioni zero. Istituti di ricerca accademici, laboratori governativi e aziende stanno ora sperimentando l’elettrificazione; carburanti a zero o a basse emissioni di carbonio come l’idrogeno, il gas naturale, l’ammoniaca e i biocarburanti; e fonti di energia alternative come le celle a combustibile e l’energia solare, eolica e delle onde. Ognuno ha i suoi pro e i suoi contro.
Perché è importante elettrificare le navi
Proprio come sulla terraferma, l’elettrificazione è una chiave per ripulire le emissioni dell’industria. Permette ai motori che funzionano con combustibili fossili di essere sostituiti da tecnologie alternative di generazione di energia, o ridimensionati e modificati per un funzionamento a basse emissioni. Permette anche alle navi di connettersi all’energia elettrica mentre sono in porto, riducendo le loro emissioni dal funzionamento al minimo.
L’elettrificazione e l’ibridazione delle navi sono tendenze significative sia per le navi commerciali che per quelle militari. Elettrificare una nave significa sostituire i suoi tradizionali sistemi meccanici con quelli elettrici. Alcune flotte hanno già elettrificato la propulsione e la movimentazione del carico. I sistemi di alimentazione ibridi, d’altra parte, integrano diversi meccanismi di generazione di energia, come i motori e le batterie, per sfruttare le loro caratteristiche complementari.
Vedo un’elettrificazione più profonda e un’ibridazione più ampia come una strategia fondamentale per ottenere una navigazione verde.
Esistono anche enormi opportunità per migliorare il funzionamento della flotta esistente – e ridurre il consumo di carburante – attraverso l‘automazione e il controllo in tempo reale. Sensori avanzati, intelligenza artificiale e apprendimento automatico possono aiutare le navi a “vedere”, “pensare” e “agire” meglio per migliorare l’efficienza e ridurre le emissioni.
Combustibili più verdi per i viaggi oceanici
Passare a fonti di carburante più pulite e più verdi sarà essenziale per decarbonizzare l’industria navale.
La maggior parte delle centrali elettriche sulle navi di oggi sono basate su motori a combustione interna che usano olio combustibile pesante a basso costo. Le innovazioni nel design dei motori marini diesel e delle turbine a gas e nel trattamento dei gas di scarico hanno abbassato le emissioni nocive. Tuttavia, la maggior parte dei “frutti a portata di mano” è stata raccolta, con poco spazio rimasto per un miglioramento drastico delle fonti di energia tradizionali.
L’attenzione ora si concentra sullo sviluppo di fonti di combustibile più pulite e di tecnologie di generazione di energia alternative più efficienti.
Si prevede che i combustibili a basse o nulle emissioni di carbonio, come il gas naturale, l’ammoniaca e l’idrogeno, saranno le fonti di energia dominanti per il trasporto marittimo in futuro. L‘ammoniaca è facile da trasportare e conservare, e può essere usata nei motori a combustione interna e nelle celle a combustibile ad alta temperatura. Ma come l’idrogeno, è in gran parte ancora prodotta con combustibili fossili. È anche tossica. Entrambi hanno il potenziale per essere fatti con acqua ed energia rinnovabile usando l’elettrolisi, ma questa tecnologia a zero carbonio è ancora nelle fasi iniziali e costosa.
Questi combustibili hanno iniziato a sostituire il diesel pesante in alcuni segmenti marini, principalmente come progetti dimostrativi e a un ritmo più lento del necessario. I costi e le infrastrutture rimangono le principali barriere.
Anche le fonti di energia rinnovabile, come l’energia eolica, solare e del moto ondoso, sono promettenti. Integrare le fonti rinnovabili come soluzioni energetiche convenienti e affidabili per le navi d’altura è un’altra sfida su cui gli sviluppatori stanno lavorando.
Alimentare le navi usando celle a combustibile e batterie
Anche le celle a combustibile e le batterie sono promettenti come tecnologie alternative per la generazione di energia.
Attraverso reazioni elettrochimiche, le celle a combustibile generano energia elettrica in modo altamente efficiente e pulito, rendendole molto interessanti per il trasporto. Le celle a combustibile funzionano con idrogeno puro o gas riformati, ad eccezione delle celle a combustibile ad alta temperatura che possono usare gas naturale o ammoniaca come combustibile.
Data l’infrastruttura del combustibile esistente, la maggior parte dei progetti dimostrativi di celle a combustibile marittime oggi devono immagazzinare idrogeno liquido o usare sistemi di bordo che convertono il gas naturale o altri combustibili in syngas ricco di idrogeno. L’infrastruttura per lo stoccaggio dell’idrogeno deve essere sviluppata per l’adozione diffusa della tecnologia delle celle a combustibile.
La tecnologia delle batterie è essenziale per l’elettrificazione, anche per le navi con un motore a combustione interna come motore principale. Ha anche le sue problematicità uniche. Oltre a garantire che le batterie siano sicure e affidabili – non si vuole un incendio o un’interruzione di corrente nel mezzo dell’oceano – la robustezza e la flessibilità sono necessarie per alimentare operazioni come la movimentazione del carico e le operazioni di rimorchio.
Investire nel futuro
Nel 2018, il Comitato per la protezione dell’ambiente marino dell’Organizzazione marittima internazionale ha fissato degli obiettivi per ridurre l’intensità di carbonio della flotta globale di almeno il 40% entro il 2030 e dimezzare le emissioni di gas serra entro il 2050 rispetto ai livelli del 2008. Ci si aspetta che adotti dei requisiti obbligatori che riflettano questi obiettivi a lungo termine nella sua riunione del 10-17 giugno 2021.
Questi obiettivi sono importanti, ma lasciano le scadenze per l’azione ben oltre il futuro.
I paesi e alcune compagnie di navigazione stanno raccomandando una transizione più veloce. All’inizio di giugno, i governi di Danimarca, Norvegia e Stati Uniti, insieme al Global Maritime Forum e al Mærsk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping, hanno annunciato una nuova missione Zero-Emission Shipping per cercare di aumentare e distribuire più velocemente nuove soluzioni marittime verdi.
Il gigante dello shipping AP Møller-Maersk ha detto che potrebbe sostenere una carbon tax di 150 dollari per tonnellata di anidride carbonica per incoraggiare più innovazione e una transizione più veloce, anche se altri nel settore sostengono che una tassa del genere raddoppierebbe quasi il costo del carburante bunker e renderebbe il trasporto molto più costoso, con ripercussioni in tutta l’economia globale.
Credo che la grande visione del trasporto marittimo a zero emissioni possa essere realizzata se le comunità di progettazione navale e di funzionamento della flotta lavorano insieme ai politici, all’industria logistica e alle ampie comunità tecniche accademiche e industriali per trovare soluzioni.
Questo è un momento eccitante per lavorare nell’area dell’energia e delle soluzioni energetiche per il trasporto marittimo. La tecnologia sviluppata oggi avrà un impatto trasformativo, non solo sull’industria marina ma anche sulla società.
Questo articolo di Jing Sun, professoressa e preside di dipartimento, architettura navale e ingegneria marina, Università del Michigan è ripubblicato dal Blog delle Stelle sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale in lingua inglese.
