Quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch liên quan đến một số lĩnh vực chúng ta đã có các giải pháp khá dễ dàng (trong đó bao gồm năng lượng gió và mặt trời), nhưng cũng có một số giải pháp rất phức tạp. Vận tải biển thuộc loại thứ hai. Trừ khi quay trở lại sử dụng buồm, những con tàu sẽ vẫn tiếp tục yêu cầu nhiên liệu có mật độ năng lượng tương đối cao để vận chuyển khối lượng lớn hàng hóa trên những hải trình dài với giá rẻ. Vì vậy, làm thế nào để chúng ta có thể làm sạch ngành vận tải biển hiện thời đang hoạt động chạy bằng dầu nhiên liệu nặng?
Một nghiên cứu mới do Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zürich) dẫn đầu đã phân tích các lựa chọn hợp lý cho đội tàu chở hàng hoạt động bên trong châu Âu. Ý tưởng của họ là lấy dữ liệu vận tải biển thực tế từ năm 2018 và tính toán tác động của việc thay đổi hệ thống đẩy của mỗi con tàu. Đối với những tàu chở hàng khối lượng lớn, các nhà nghiên cứu đặt ra giả định là giảm không quá 3% khối lượng hàng hóa của tàu để lắp đặt hệ thống đẩy có khả năng không phát thải. Từ đó, nhóm nghiên cứu tính ra bao nhiêu chuyến đi vẫn có thể hoàn thành và với chi phí là bao nhiêu.
Tàu chở hàng chạy bằng nhiên liệu hyđrô đầu tiên trên thế giới (Hình minh họa của HeidelbergCement and Felleskjøpet)
Các lựa chọn năng lượng tái tạo
Nhóm nghiên cứu đã đánh giá tính khả thi của hyđrô, amôniac, mêtan, methanol và dầu diesel - tất cả đều được sản xuất từ nguyên liệu tái tạo và sử dụng năng lượng điện sạch. Điều đó bao gồm việc tìm nguồn cung cấp cácbon cho mêtan, methanol hoặc dầu diesel từ CO2 trong khí quyển. Nhóm đã xem xét động cơ đốt trong và hai loại pin nhiên liệu (màng trao đổi proton hoặc oxít rắn) với động cơ điện để biến những nhiên liệu đó thành chuyển động. Pin lithium-ion cũng được xem xét đánh giá.
Các kịch bản đưa ra mang tính suy đoán ở các mức độ khác nhau, vì hầu hết đều dựa vào các công nghệ chưa chín muồi ở một số bước. Việc dự báo đặc biệt mạnh mẽ khi tính đến giá cả của năng lượng tái tạo. Ví dụ, việc thu giữ cácbon trong khí quyển đang ở giai đoạn sơ khai, chỉ có một số ít các nhà máy trình diễn đang hoạt động trên khắp thế giới, điều này khiến nó khá tốn kém.
Nghiên cứu cố gắng tính đến toàn bộ chuỗi cung ứng thay vì chỉ các thiết bị cần thiết trên tàu. Điều đó có nghĩa là lượng điện cần thiết để sản xuất mỗi nhiên liệu có tác động đến chi phí, cũng như các yêu cầu về lưu trữ và vận chuyển (điều này đòi hỏi phức tạp hơn đối với hyđrô và mêtan).
Với giả định giảm 3% khối lượng hàng hóa và các tàu sẽ chỉ chở đủ lượng nhiên liệu cần thiết, số lượng các chuyến vận tải biển năm 2018 có thể được xử lý (mà không cần dừng tàu để nạp/tiếp nhiên liệu) sẽ khác nhau. Pin lithium-ion hiện tại chỉ có thể đáp ứng một số lượng nhỏ các chuyến đi, mặc dù những tiến bộ về công nghệ pin có thể đẩy con số đó lên gần một nửa.
Nhiên liệu hóa học có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với pin, vì vậy hyđrô hóa lỏng thích hợp cho khoảng 93% các chuyến đi biển, còn amôniac, mêtan, methanol và dầu diesel mỗi loại có thể đảm đương được tới 99% các chuyến đi. Nếu giả định giảm tới 6% khối lượng hàng hóa, thì ngay cả hyđrô cũng có thể đạt 99% các chuyến đi.
Vấn đề giá cả
Tính khả thi về mặt kỹ thuật cơ bản là khá tốt, với sự cân bằng có thể quản lý được. Trở ngại thực sự là chi phí. Nhiều công nghệ trong số này vẫn chưa được mở rộng quy mô, vì vậy bất kỳ phân tích kỹ lưỡng nào cũng sẽ cho thấy chúng đắt hơn nhiều so với nhiên liệu truyền thống và động cơ hiện có. Các nhà nghiên cứu ước tính tổng chi phí trong ngắn hạn lớn hơn khoảng hai đến sáu lần. Không có các khoản trợ cấp công hào phóng, đây sẽ không phải là một hoạt động đầu tư tài chính hấp dẫn.
Tuy nhiên, chi phí cao không phải là yếu tố quyết định vì giá cả sẽ giảm xuống khi công nghệ phát triển, đây có lẽ không phải là vấn đề tồn tại lâu dài.
Trong số các lựa chọn nhiên liệu, amôniac nổi bật là rẻ nhất, trong khi dầu diesel tái tạo là đắt nhất. Mặc dù đây không phải là yếu tố duy nhất trong chi phí, nhưng có sự khác biệt đáng kể về lượng điện cần thiết để sản xuất mỗi loại, với một số loại nhiên liệu cho phép chuyển đổi tương đối hiệu quả năng lượng điện thành năng lượng hóa học.
Hyđrô được tạo ra bằng cách tách nước có vẻ tốt về mặt hiệu quả chuyển đổi năng lượng, tuy nhiên chi phí lưu trữ và vận chuyển loại nhiên liệu này lại rất cao. Amôniac có hiệu suất tương tự, được sản xuất từ hyđrô và nitơ trong khí quyển, với tính dễ vận chuyển cao hơn nhiều so với hyđrô. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh amôniac và methanol là hai lựa chọn hứa hẹn nhất trong nghiên cứu của họ.
Nếu những nhiên liệu sạch nêu trên được sử dụng toàn bộ, thì sẽ cần một lượng điện đáng kể để sản xuất nguồn cung. Phân tích cho thấy ngành công nghiệp mới này sẽ làm tăng mức tiêu thụ điện ở châu Âu khoảng 4 đến 8%. Có thể so sánh, ngành vận tải biển hiện đang chịu trách nhiệm cho khoảng 3% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu.
Việc xây dựng nhiều nhà máy sản xuất năng lượng tái tạo hơn để đáp ứng nhu cầu nhiện liệu sạch cho vận tải biển là có thể. Nhưng những công nghệ nhiên liệu này phải phát triển thành những ngành công nghiệp chín muồi với chi phí thấp hơn nhiều. Nếu điều đó xảy ra, có thể không phải là nhiệm vụ quá nặng nề để loại bỏ dầu nhiên liệu nặng hóa thạch trong vận tải biển toàn cầu trong tương lai.