Χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην Ναυτιλία με σκοπό τη Συμμώρφοση με τους Διεθνείς Κανονισμούς Ρύπων - Ραπτοτάσιος, Σπυρίδων (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2018)
Πριν από περίπου 150 χρόνια, οι τεχνολογίες πρόωσης στη ναυτιλία υπέστησαν ριζικές αλλαγές με την αντικατάσταση των ιστίων απο συστήματα που κάνουν χρήση των ορυκτών καυσίμων. Η στροφή αυτή προς τα ορυκτά καύσιμα οδήγησε στην κατακόρυφη βελτίωση της απόδοσης των πλοίων, συνέβαλε όμως και στην αύξηση των εκπομπών ρύπων παγκοσμίως. Συγκεκριμένα υπολογίζεται πως η διεθνής ναυτιλία ευθύνεται για 4-9%, 14-31% και 3-6% των παγκόσμιων εκπομπών οξειδίων του θείου (SOx) οξειδίων του αζώτου (NOx) και διοξειδίου του θείου (CO2) αντίστοιχα. Το γεγονός αυτό οδήγησε τους διεθνείς, καρτικούς και τοπικούς οργανισμούς στην επιβολή μέτρων για την μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων απο την πλευρά της ναυτιλίας. Πιο συγκεκριμένα ο Διεθνής Οργανισμός Ναυτιλίας (International Maritime Organisation-IMO), μέσω του αναθεωρημένου παραρτήματος VI της MARPOL, καθορίζει τα επιτρεπόμενα όρια εκπομπών ρύπων. Το ρυθμιστικό αυτό πλαίσιο προδιαγράφει γιατ τις εκπομπές NOx βάση της χρονολογίας κατασκευής της μηχανής με πιο πρόσφατο το επίπεδο Tier III, για μηχανές κατασκευασμένες απο 01/01/2016, το οποίο απαιτεί μείωση 80% σε σχέση με το επίπεδο Tier I. Επίσης σχετικά με τις εκπομπές SOx, οι απαιτησεις των κανονισμών είναι η χρήση καυσίμων με περιεκτικότητα σε θείο 0.1% κ.β. σε ειδικές νομοθετημένες περιοχές ελέγχου εκοπμπών (τις λεγόμενες ECAs) από 01/01/2015 και με περιεκτικότητα σε θείο 0.5% κ.β. παγκοσμίως απο 01/01/2020. Σε κάθε περίπτωση δίνεται η δυνατότητα στις πλοιοκτήτριες εταιρείες να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν HFO (Heavy Fuel Oil) υψηλής περιεκτικότητας σε θείο υπό την προυπόθεση χρήσης ενός συστήματος καθαρισμού καυσαερίων (EGCS-Exhaust Gas Cleaning Scrubber) το οποίο θα μπορεί να μειώσει τις εκπομπές SOx σε επίπεδα ίδια με αυτά των εκπομπών απο καύσιμα με 0.5% και 0.1% κ.β. αντίστοιχα. Όσον αφορά στα αέρια του θερμοκηπίου, ο IMO έχει θεσπίσει το Δεικτή Σχεδίασης Ενεργειακής Απόδοσης (Energy Efficiency Design Index (EEDI) το Σχέδιο Διαχείρισης Ενεργειακής Αποδοτικότητας Πλοίου SEEMP (Ship Energy Efficiency Management Plan) το οποίο και αναθεωρήθηκε πρόσφατα με σκοπό να απαιτεί την πλήρη παρακολούθηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου καθως και τον δείκτη EEOI, όλα ως μέτρα ελέγχου των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου απο την ναυτιλία με απώτερο σκοπό ενδεχομένως την λήψη μέτρων στο μέλλον για την μείωση των εκπομπών. Αντίστοιχο μηχανισμό μέτρησης έχει θεσπίσει και η Ευρωπαική Ένωση (MRV-Monitoring Reporting and Verification), ο οποίος μπήκε σε ισχύ από 01/01/2018. Όλοι οι προαναφερθέντες κανονισμοί σε συνδυασμό με την αύξηση των τιμών των καυσίμων, οδήγησε τις πλοιοκτήτριες εταιρείες στην διερεύνηση εξεύρεσης λύσεων για τον περιορισμό των NOx και SOx και της κατανάλωσης καυσίμου που συνεπάγεται και μείωση εκπομπών CO2. Διάφορες τεχνικές έχουν αναπτυχθεί για την μείωση των NOx, δεν επιτυγχάνουν όμως όλες τα επίπεδα μείωσης του 80% που απαιτούνται απο τον κανονισμό. Οι μοναδικές τεχνικές που μπορούν να το επιτύχουν είναι η ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR-Exhaust Gas Recirculation) και η επιλεκτική καταλυτική αναγωγή (SCR-Selective Catalytic Reduction), οι οποίες όμως απαιτούν μεγάλο κόστος επένδυσης και λειτουργικό κόστος. Για την μείωση των SOx, μοναδικές λύσεις αποτελούν η μετάβαση σε καύσιμα χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο ή η χρήση πλυντηρίδων για έκπλυση των καυσαερίων με ποσοστό μείωσης ~99% οι οποίες μπορούν επίσης να μειώσουν τα ποσοστά αιθάλης και καπνού εώς 80%. Ένα εναλλακτικό καύσιμο που μπορεί να επιτύχει μείωση και των τριών ρυθμιζόμενων ρύπων είναι το φυσικό αέριο, το οποίο όμως απαιτεί μεγάλες αλλαγές στο σύστημα προσαγωγής του καυσίμου καθώς και την χρήση κινητήρων διπλύ καυσίμου. Επίσης ακόμα δεν έχει αναπτυχθεί ένα ευρείο σύστημα διάνομής του καυσίμου στα πλοία. Άλλες εναλλακτικές με μικρή εώς τώρα εφαρμογή αποτελούν οι κυψέλες υδρογόνου, τα υβριδικά-ηλεκτροκίνητα πλοία και η πυρηνική πρόωση. Τέλος βοηθητικές λύσεις οι οποίες αξιοποιούνται ήδη, αλλά δεν μπορούν να δώσουν μια καθολική επίλυση στο πρόβλημα είναι η χρήση παράκτιας ηλεκτρικής ενέργειας (cold ironing) καθώς και μια σειρά από τεχνολογικά και λειτουργικά μέτρα. Οι διάφοροι περιορισμοί που προέκυψαν ή ενδέχεται να προκύψουν στο μέλλον σε σχέση με τις προαναφερθείσες τεχνικές, έδωσαν τις βάσεις για την διερεύνηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Την πιο πολλά υποσχόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας αποτελούν τα βιοκάυσιμα και ήδη οι κατασκευάστριες εταιρείες κινητήρων επιβεβαιώνουν την δυνατότητα χρήσης βιοκαυσίμων στους κινητήρες τους. Η χρήση βιοκαυσίμων συνδυάζει πολλά πλεονεκτήματα με σηματικότερο την μείωση των ρύπων (SOx, αιθάλης άλλα και CO2 καθώς αποτελούν ανανεώσιμη πηγή ενέργειας). Παρά ταύτα προκύπτουν πολλά προβλήματα κατλα την αποθήκευση τους όσο και κατά την λειτουργία του πλοίου με την χρήση βιοκαυσίμων όπως η επιμόλυνση και η ανάπτυξη μικροοργανισμών. Αυτά μπορεί να έχουν αρνητικές συνέπειες στις δεξαμενές αποθήκευσης, να προκαλέσει διάβρωση σε διάφορα τμήματα προσαγωγής του καυσίμου και στη μηχανή, στην καταπόνηση των παρεμβυσμάτων απο καουτσούκ και στην φραγή των σωληνώσεων και των φίλτρων καυσίμου. Επίσης η χρήση βιοκαυσίμων μορεί να οδηγήσει σε σπηλαίωση ενώ προκαλέι επίσης μια μικρή αύξηση στα NOx και στην ειδική κατανάλωση καυσίμου. Όλα αυτά όμως θα μπορούσαν να παραμεριστούν εάν επιλύονταν άλλα βασικότερα θέματα όπως το υψηλό τους κόστος και το δεδομένο πως απαιτούνται βρώσιμα υλικά ώς πρώτη ύλη. Λύση στο πρόβλημα αυτό ενδέχεται να δώσει η ανάπτυξη μιας τρίτης γενιάς βιοκαυσίμων από φύκη ή οποία ενδέχεται να δώσει και την ώθηση στην ευρεία μελλοντική τους χρήση απο την ναυτιλία. Άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας οι οποίες προς το παρών έχουν αξιοποιηθεί πιλοτικά στον χώρο της ναυτιλίας αποτελούν η αιολική ενέργεια (μαλακά πανιά, σταθερά πανιά, ρότορες, πανια τύπου χαρταετού), τα φωτοβολταικά υβριδικα συστήματα πρόωσης και η αξιοποίηση της κυματικής ενέργειας. Οι τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί και δοκιμασθεί μπορούν να αποδόσουν απο ένα ποσοστό μέχρι και το 100% της απαιτούμενης ενέργειας πρόωσης ή να χρησιμοποιηθούν για τις βοηθητικές λειτουργίες του πλοίου. Για την ανάπτυξη όμως ενός συστήματος αναεώσιμών πηγών ενέργειας που θα μπορούσε να επιτύχει την απαιτούμενη παραγωγή ενέργειας για την καθολική λειτουργία ενός πλοίου, απαιτείται ο συνδυασμός όλων ή κάποιων εκ των προαναφερθέντων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.