Így szabadulhatunk meg az olajtól a hajózásban

Cikksorozatunkban arra a kérdésre keressük a választ, hogy milyen módon szabadulhatna meg az emberiség az olajfüggősségétől. Az első részben megnéztük, melyek a kőolaj főbb felhasználási területei, majd alternatívákat kerestünk a szárazföldi közlekedéstől kezdve az áramtermelésig jó néhány ágazatra. Ebben a részben a hajózás kérdéskörével foglalkozunk részletesebben.

Létezik egy közkeletű vélekedés, amely szerint egyetlen óriási teherhajó (vagy tíz) nagyobb szennyezést okoz, mint egymillió (vagy az összes) személyautó együttesen – a számok alkalomról-alkalomra változni szoktak, ahogyan az az ilyen anekdotikus érveléseknél lenni szokott. Mi is az igazság ezzel kapcsolatban?

Az autók által használt üzemanyag kéntartalma nagyon alacsony (0,001% alatti a benzin, 0,05% a dízel esetében), a hajók által használt nehézolaj (bunker) kéntartalma viszont ennél jóval magasabb, körülbelül 2,7%-os, ebből adódóan a teherhajók jelentősen több kén-dioxidot bocsátanak ki. A kén-dioxidról tudni érdemes, hogy egy-egy vulkánkitörés alkalmával nagyobb mennyiség is kerülhet belőle a felső légkörbe, ahol vízzel reagálva a napfényt visszaverő kénsav-aeroszollá alakul, rövid távon hűtő hatást gyakorolva az éghajlatra. A hajók által kibocsátott kén-dioxid azonban a légkör alsóbb rétegeiben marad, ahol „csak” savas esőt okoz, ám ha a tengerjáró hajók elég nagy erővel lövellnék ki az égéstermékeiket, vagy nagyon magas kéményeik lennének, akkor elvben akár csökkenthetnék is a globális felmelegedést. De ha félretesszük a tréfát, akkor is megállapíthatjuk, hogy ez ügyben komoly előrelépés történt a közelmúltban, miután a 2020-ban életbe lépett új szabályozás legfeljebb 0,5%-os arányban limitálta a hajók üzemanyagának kéntartalmát, amivel egycsapásra 70%-kal mérsékelte a kén-dioxid kibocsátásukat.

Ha pusztán az olajfelhasználást nézzük, akkor már viszont azt látjuk, hogy a két- és háromkerekűek, a személyautók és a buszok, avagy összefoglalóan: a személyszállítás adja az olajfogyasztás negyedét, miközben a hajók csak a 7%-át. Ennek megfelelően a közúti személyszállítás szén-dioxid kibocsátása is három-négyszer akkora, mint a hajózásé, az előbbi adja a teljes kibocsátás 7%-át, az utóbbi pedig a 2%-át.

A fenti megállapítás tehát abban a formában soha nem volt igaz, ahogyan sokan értették, amilyen formában meg igaz volt, ott meg sokat javult a helyzet. Arról nem is beszélve, hogy a „miért nem a hajókat csesztetik inkább?” kérdésre is az a válasz, hogy bizony a hajózási szektor is megkapta a maga házi feladatát.

A világon milliónyi kis és közepes méretű hajó van forgalomban, amelyek esetében többnyire már ma sem jelentene gondot a „villanyosítás”, a problémát inkább az az alig 27 ezer nagyméretű teherhajó okozza, amely a tengeri közlekedés kibocsátásának 85%-ért felelős. Ebben a flottában körülbelül 5000 konténerhajó, és 11-11 ezer olajtanker, illetve ömlesztett áruk szállítását végző hajó található. Az olajtankerek önmagukban a hajózás olajfelhasználásnak ötödéért felelősek.

Kép: Shell – Decarbonising Shipping: ALL HANDS ON DECK

Ha a nagyságrendeket nézzük, akkor a tengeri hajózás napi 6 millió hordó olajat fogyaszt, éves szinten pedig 3 PWh energiát használ fel – ez utóbbi a világ villamosenergia-termelésének több, mint a tizede. Azt is tudni érdemes ugyanakkor, hogy a hajózás bonyolítja le a nemzetközi kereskedelem 80%-át, és ha így nézzük, nem is olyan nagy az energiafelhasználása.

A meglévő hajóflotta 99,5%-a működik olajjal, a maradék 0.5% LNG vagy elektromos meghajtású, de mutatóban akad néhány metanollal működtetett példány is. Az építés alatt álló hajók esetében már némileg más a képlet, itt csak 88%-ot ér el a konvencionális meghajtás, az LNG 6,1%-ot, az akkumulátoros hajók pedig 3,85%-ot tesznek ki. Kisebb arányban, de épülnek LPG-vel, metanollal, hidrogénnel és ammóniával működő hajók is.

Forrás: dnv.com

Ez volna tehát a jelenlegi helyzet, a kérdés pedig adott: hogyan válthatjuk ki az olajat a nagyobb teherhajók esetében?

A Shell 2020-ban 80-nál is több iparági vezetőt kérdezett meg a hajózás hosszú távú dekarbonizációs lehetőségeiről. A válaszadók a legnagyobb akadályt abban látják, hogy túl sok megoldási lehetőség van az asztalon, amelyek közül nem emelkedett még ki egyetlen győztes technológia, amely meghatározhatná a fejlesztések irányát. Az autóipar bizonyos szereplői is hasonló kifogással késleltették a saját elektromos modelljeik fejlesztését, ám velük ellentétben a hajózás esetében ez jóval megalapozottabb érvelés.

További problémát jelent még, hogy más szektorokkal összevetve a hajózás kibocsátásával szemben a végfelhasználók nem támasztanak olyan szigorú elvárásokat. Úgy tűnik, nincsenek eléggé szem előtt. Emellett a hajózás nemzetközi jellege miatt hiányzik az egységes szabályozás is, miközben a regionálisan érvényesülő szigorítások versenyhátrányt jelenthetnek az érintettek számára. Az előzőekből adódó további problémát jelent az is, hogy nehéz finanszírozást biztosítani a zöld átálláshoz szükséges beruházásokhoz.

Ezek voltak a rossz hírek, most jöjjenek a jók. Fordítsuk meg a fő problémát: ha túl sok technológiából lehet választani, az azt jelenti, hogy van implementálható megoldás a klímavédelmi kihívásokra. A hajózási iparágban nagymértékű koncentráció figyelhető meg, ami miatt már néhány nagy szereplő cselekvése is elég lehet ahhoz, hogy kijelöljék a követendő irányt. A tengeri kereskedelem földrajzilag is nagyon koncentrált: pár tucat nagy kikötő, és az ezeket összekötő útvonalak bonyolítják le a globális árukereskedelem nagyobbik részét. Ebben a néhány tucatnyi nagy kikötőben elegendő tehát kiépíteni az új infrastruktúrát ahhoz, hogy a hajók többsége át tudjon állni alternatív meghajtásra.

A megkérdezett iparági szereplők mindezek fényében optimisták a jövőt illetően, az egyikük például így nyilatkozott:

„A dekarbonizáció az egyik legnagyobb kihívás, amellyel szembe kell néznünk. Soha nem voltunk azonban még ennyire egységesek, és optimisták vagyunk a probléma megoldásával kapcsolatban.”

Már most is megfigyelhető, hogy az iparágban koalíciók alakulnak, együttműködések kovácsolódnak, fejlesztési és pilotprojektek indulnak a kibocsátás csökkentése érdekében.

Energiatakarékosság

A leggyorsabban úgy érhetünk el érdemi eredményeket, ha energiatakarékossági intézkedéseket teszünk. Ennek a legkézenfekvőbb módja a hajók sebességének csökkentése. Ha például egy konténerhajó sebességét 24 csomóról 21 csomóra csökken, 33%-kal alacsonyabb lesz az üzemanyag-felhasználása. A hajók orra azonban úgy van kialakítva, hogy egy adott utazósebesség mellett minimalizálja a közegellenállást, ezért az alacsonyabb sebességhez némileg át kell alakítani a hajók orrát, de ez nem jelentős kiadás, ha figyelembe vesszük az elérhető megtakarítást. Nagyobb probléma, hogy a csökkenő megtérülés törvénye miatt minél alacsonyabb a sebesség, annál kisebb az elérhető megtakarítás a további sebességcsökkentéssel, így 12-15 csomó alá már nem érdemes menni. A hajók alacsonyabb sebességre történő átállítása ráadásul nagyobb részt már le is zajlott, amit a 2000-es években tapasztalható magas olajárak kényszerítettek ki.

Forrás: transportgeography.org

Természetesen a sebesség optimális megválasztásán túl számos további módszer létezik még, amelyekkel megtakarítás érhető el, a hatékonyabb motoroktól a fedélzeti elektronika energiaellátását biztosító napelemekig.

Szélenergia

Évezredeken keresztül használtuk a hajók mozgatásához a szél energiáját, mielőtt áttértünk volna a fosszilis energiahordozókra, de lehet, hogy a közeljövőben újra igába fogjuk a tengerek légáramlatait.

Erre a legegyszerűbb módszer, ha sárkányokat használunk, amelyek felszerelése a meglévő hajók esetében viszonylag kis átalakítást igényel, és nem csökkentik a rakodóteret sem. Persze nem a mondák tűzokádó hüllőire kell gondolni, hanem inkább túlméretezett, számítógép-vezérlésű siklóernyőre emlékeztető égi vitorlákra.

A francia Airseas 500 m2-es sárkányát az Airbus egyik teherhajóján tesztelik január óta, amely Amerika és Európa között szállít repülőgép-alkatrészeket (a céget az Airbus korábbi mérnökei alapították). A teljes méretű „Seawing” vitorla azonban már 1000 m2-es lesz, és 200-300 m magasan fog szárnyalni, ami a szelesebb tengeri útvonalakon 20-40%-os üzemanyag-megtakarítást, azaz 3-5 éves megtérülési időt ígér (a teherhajókat átlagosan 20-30 évig üzemeltetik). Ez utóbbira a hajókat üzemeltető japán K Line már két megrendelést is leadott, az elsőt az idén fogják installálni.

„Az automatizálási rendszer a sárkány működésének minden aspektusát kezeli, és ugyanolyan pontossággal és biztonsággal optimalizálja a hajó útvonalát, mint amilyet az Airbus a repülőgép-technológiában alkalmaz.” – mondta Vincent Bernatets, ügyvezető.

Kép: Airseas

A norvég hajógyártó, a Wallenius Wilhelmsen a vitorlás hajókat hozná vissza. Jelenleg egy olyan teherhajó tervein dolgoznak, amely 220 m hosszú, 40 m széles, 10-12 csomós sebességgel képes haladni, és 7000 autó számára van hely a rakterében. A különlegességét az adja, hogy a haladásához szükséges energia 90%-át a szél biztosítja – legalábbis ezt állítják a tervezők, amit azért nem árt fenntartásokkal kezelni, amíg mért adatok nem állnak rendelkezésre.

Cook kapitány óta természetesen elég sokat fejlődött az anyagtudomány és a gépészet, így az árbócai teleszkóposak, amelyek a fedélzetből emelkednek ki – ennek viszont van egy olyan hátulütője, hogy kevesebb hely marad a rakománynak.

Az angliai székhelyű BAR Technologies ennél szerényebb, 30%-os üzemanyagmegtakarítást ígér az általa fejlesztett, ömlesztett áruk szállítására képes vitorlás hajók használata esetén.

Kép: BAR Technologies

Alternatív üzemanyagok

Ezzel elérkeztünk a fosszilis üzemanyagok teljeskörű kiváltásához. Az egyik potenciális jelölt erre a zöld metanol lehet, amely – a biomassza mellett – hidrogénből és szén-dioxidból állítható elő. A világ jelenlegi metanoltermelése – ami főként fosszilis alapú – évi 100 millió tonna, ennek a hat-hétszeresére lenne szükségük a hajóknak.

Fő előnye, hogy érett technológiának számít, és némi átalakítással a dízelmotorok is fel tudják használni, ezért viszonylag könnyen át lehetne állítani a meglévő hajóflottát metanolra, sőt, már a ma épülő hajók között is akadnak olyanok, amelyek az olaj mellett akár metanollal is képesek lesznek működni további átalakítás nélkül. További előnye, hogy a szállítása, tárolása nem igényel speciális infrastruktúrát. Hátrányt jelent viszont, hogy drága az előállítása. Első körben ugyanis hidrogént kell gyártani, majd azt átalakítani metanollá, miközben minden egyes konverzió veszteséggel jár, ráadásul még szén-dioxidra is szükség van hozzá, amit valahonnan be kell szerezni, és ez további költségekkel jár.

Ennél olcsóbb megoldás lehet, ha a hidrogént üzemanyagcella segítségével közvetlen formában használjuk fel. Ennek is megvannak azonban a hátulütői. Először is, a hidrogén szállítása és tárolása vagy nagyon nagy nyomás mellett, vagy cseppfolyósított formában lehetséges, ami költséges és kockázatokat is hordoz magában. Át kell alakítani a hajók hajtásláncát, ki kell építeni az új kikötői infrastruktúrát, és olyan új, nagy teljesítményű üzemanyagcellákra lesz szükség, amelyek ma még leginkább csak prototípus formájában léteznek.

Ígéretes megoldás lehet még a zöld ammónia is, amely mind belsőégésű motorban, mind üzemanyagcellában felhasználható. Előnye a metanollal szemben, hogy szén-dioxid helyett a légkörben nagy mennyiségben megtalálható nitrogén szükséges az előállításához. Az ammónia a hidrogénnel szemben jóval magasabb hőmérsékleten, -33 celsius fokon válik cseppfolyóssá, így a tárolása is egyszerűbb. Ezen túlmenően a műtrágyák gyártására használt ammónia előállításában, szállításában és tárolásában már nagy tapasztalatokkal rendelkezünk, és számos kikötőben létezik kiépült infrastruktúrája.

Ma még a zöld hidrogén és az ammónia is drágának mondható, az egyéb szektorok szükségletei miatt kiépülő hidrogéngazdaságnak köszönhetően azonban érvényesülni fognak a méretgazdaságosságból adódó előnyök, más szóval a hajózás egyszerűen csak lecsípheti a maga részét a nagy globális termelésből.

Mindhárom alternatív üzemanyagról elmondható ugyanakkor, hogy a volumetrikus energiasűrűségük alacsonyabb, mint a nehézolajé, ezért vagy a raktér egy részéről kell lemondani, vagy gyakrabban kell megállni tankolni.

Forrás: IRENA

Elektromos hajók

Végezetül szólnunk kell még néhány szót az elektromos hajókról is. A világ legnagyobb akkumulátoros konténerszállítója Kínában épül, jövőre fogják vízre bocsátani, majd ezt követően a Jangce folyón fog árut szállítani Wuhan és Sanghaj között. A Cosco Shipping hajója a 700 konténeres kapacitásával természetesen kicsinek számít a konténerszállítók világában, ahol 10 ezer konténernél kezdődik a nagy kategória, és az 1100 km-es útvonala sem valami hosszú, ám az akkumulátortechnológia fejlődésével egyre nagyobb elektromos hajók épülhetnek majd, amelyek egyre hosszabb útvonalakon lesznek képesek közlekedni, a konténeres kialakítású, cserélhető akkumulátoroknak köszönhetően pedig még tovább növekedhet a hatótávolságuk.

Egy 4000 konténeres kapacitású, 18 csomóval haladó teherhajó napi 50 tonna üzemanyagot éget el. A nehézolaj energiasűrűsége 12 MWh/tonna, a belsőégésű motor esetében 40%-os hatékonysággal számolunk, így közelítőleg napi 240 MWh-ra jön ki a ténylegesen hasznosult energia. A 90%-os hatékonyságú elektromotor tehát ugyanilyen feltételek mellett hozzávetőleg napi 270 MWh-t fogyasztana, vagyis ekkora kapacitású akkumulátorra van szükség egy 800 km-es hosszúságú, nagyjából a London – Hamburg útvonalnak megfelelő hajóút megtételéhez. A jóval kisebb kínai konténerhajóban 50 MWh-s akkumulátor fog üzemelni.

 

Nincs időd naponta 8-10 hírt elolvasni? Iratkozz fel a heti hírlevelünkre, és mi minden szombat reggel megküldjük azt a 10-12-t, ami az adott héten a legfontosabb, legérdekesebb volt. Feliratkozás »

Elektromos autót használsz?

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.