Khi thương mại quốc tế tiếp tục phát triển và phụ thuộc rất nhiều vào các tàu viễn dương để vận chuyển hàng hóa, một số nhà khoa học cảnh báo rằng vận tải biển có thể chiếm 17% lượng khí nhà kính vào năm 2050.
Đó là lý do tại sao cơ quan quản lý của ngành vận tải đang vào cuộc sau nhiều năm nỗ lực mờ nhạt để khử cacbon. Vào năm 2018, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) - một cơ quan của Liên hợp quốc gồm 175 quốc gia thành viên, trong đó có nhiều quốc gia có đại biểu trực tiếp liên kết với các doanh nghiệp chống lại việc hạn chế phát thải - đã thông qua chiến lược giảm 50% khí nhà kính vào năm 2050 so với mức năm 2008.
Các nhà phê bình cho rằng mục tiêu đó là quá ít và quá muộn và đề nghị IMO đặt lại mục tiêu thành khử cacbon 100% vào giữa thế kỷ này hoặc sớm hơn.
Lucy Gilliam, quan chức chính sách vận chuyển tại Seas at Risk và là thành viên hội đồng quản trị của Clean Shipping Coalition - cả hai tổ chức phi chính phủ về môi trường - cho biết: “IMO đã tham gia khá muộn trong việc phát triển các biện pháp khí hậu và đưa ra chiến lược”.
Bà trích dẫn thực tế rằng, vận chuyển quốc tế không được bao gồm trong Hiệp định khí hậu Paris. Thêm vào đó, một nghiên cứu gần đây cho thấy chỉ có 33 trong số 94 công ty vận tải biển lớn nhất có chính sách được thể hiện rõ ràng nhằm đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 hoặc đã cam kết với mục tiêu của IMO.
Tuy nhiên, khu vực tư nhân đang thực hiện một số sáng kiến để giảm bớt tác động đến khí hậu. Giải pháp đơn giản nhất là làm cho các con tàu giảm tốc độ và do đó sử dụng ít nhiên liệu thải carbon hơn. Các công ty đóng tàu cũng đang thử nghiệm với thân tàu được phủ bong bóng khí để giảm lực cản, cũng như mũi tàu láng hơn, động cơ, chân vịt và lực đẩy hiệu quả hơn, và hệ thống định vị hỗ trợ Trí tuệ nhân tạo (AI).
Trong khi đó, ngành công nghiệp đang bắt đầu thiết lập các hành lang xanh, hoặc các tuyến vận tải biển và cảng cụ thể hỗ trợ các giải pháp và chính sách không phát thải. Thế giới tài chính cũng đang tham gia phong trào khử cacbon, với 29 tổ chức ký kết Nguyên tắc Poseidon, một thỏa thuận xem xét các nỗ lực cắt giảm phát thải khí nhà kính khi xem xét cho các công ty vận tải vay vốn. Các bên ký kết theo Nguyên tắc Poseidon đã đại diện cho các khoản vay hơn 185 tỷ USD cho vận tải biển quốc tế - gần một nửa danh mục đầu tư tài chính tàu biển toàn cầu.
Nhưng với một chuỗi cung ứng toàn cầu được thiết kế để giao hàng nhanh chóng, các kỳ vọng đổi mới mang tính đột phá lớn đang được thực hiện vào việc phát triển các nhiên liệu phát thải thấp hoặc không phát thải - bao gồm metanol xanh, hydro, khí tự nhiên lỏng (LNG) và amoniac - để giảm hoặc thay thế nhiên liệu độc hại, đặc quánh đang cung cấp năng lượng cho hầu hết các động cơ diesel lớn của tàu.
Những nỗ lực này bao gồm động cơ điện, một số công nghệ năng lượng gió và năng lượng hạt nhân, vốn đã thúc đẩy các tàu hải quân kể từ giữa những năm 1950 và đang được chú ý vì nó không phát thải, mặc dù những lo ngại về an toàn và an ninh là những trở ngại lớn.
Dưới đây là tổng quan về các khoản đặt cược lớn nhất đang được áp dụng cho các đột phá carbon thấp và không carbon trong vận chuyển đường biển.
Metanol xanh
Tập đoàn vận chuyển A.P. Moller-Maersk của Đan Mạch - vận chuyển 17% container vận chuyển trên thế giới - đang có 13 tàu theo đơn đặt hàng từ Hyundai Heavy Industries của Hàn Quốc chạy bằng methanol xanh.
Lee Kindberg, người đứng đầu bộ phận môi trường của Maersk tại khu vực Bắc Mỹ cho biết, tàu đầu tiên là một tàu nhỏ có sức chở 2.000 container (tàu lớn nhất vận chuyển 24.000 container) sẽ hạ thủy vào năm tới và hoạt động ở Baltics và Bắc Âu.
“Bắt đầu mỗi quý từ năm 2024, chúng tôi sẽ hạ thủy hai tàu 16.000 TEU hoạt động trên các tuyến xuyên Thái Bình Dương. Cam kết hiện tại của chúng tôi là tiến tới vận chuyển carbon ròng bằng 0 vào năm 2040”, bà cho biết.
Một nghệ sĩ vẽ con tàu container 16.000 TEU của Maersk chạy bằng methanol xanh
Hầu hết metanol được sản xuất ngày nay có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, nhưng Maersk, CMA CGM và các công ty vận tải hàng đầu khác đang thử nghiệm hai phiên bản metanol màu xanh lá cây và trung hòa carbon khác nhau.
Một loại được làm từ sinh khối rắn và lỏng chiết xuất từ phế phẩm nông nghiệp, rừng và chất thải chăn nuôi, gia cầm. Loại còn lại là e-metanol được tạo ra bằng cách kết hợp carbon dioxide với Hydro được sản xuất từ nước được sử dụng cho điện tái tạo. Cả hai đều là chất lỏng có thể được bảo quản an toàn trong bể không áp suất ở nhiệt độ môi trường. Mặc dù đắt hơn dầu nhiên liệu và với nguồn cung hạn chế, metanol xanh có thể được trộn với dầu nhiên liệu trong động cơ nhiên liệu kép để giảm lượng khí thải carbon một cách hiệu quả.
Hydro lỏng là một lựa chọn nhiên liệu khác, thường được giới thiệu vì nó hầu như không tạo ra khí thải carbon khi đốt cháy. Tuy nhiên, khoảng 95% hydro được sản xuất bằng cách biến đổi khí tự nhiên hoặc các nhiên liệu hóa thạch khác. Tuy nhiên, nó có thể được làm mới bằng cách tách nước thông qua việc sử dụng năng lượng từ năng lượng mặt trời, gió, hạt nhân và thủy điện. Hydro xanh có thể được sử dụng trong động cơ đốt trong của tàu hoặc trong pin nhiên liệu tạo ra điện không phát thải. Và nó có thể trở thành một lựa chọn thay thế rẻ hơn và hấp dẫn hơn do các khoản tín dụng thuế sản xuất được đưa vào Đạo luật Giảm lạm phát (Inflation Reduction Act).
Hội đồng Quốc tế về Giao thông Sạch (ICCT) đã tiến hành một nghiên cứu vào năm 2020 về tiềm năng sử dụng pin nhiên liệu hydro tái tạo để cung cấp năng lượng cho các tàu container phục vụ cho đường hành lang bận rộn giữa Trung Quốc và Vịnh San Pedro gần Los Angeles.
Xiaoli Mao, nhà nghiên cứu hàng hải cấp cao của tổ chức phi lợi nhuận cho biết: “Nếu không thực hiện bất kỳ thay đổi nào khác đối với các tàu, khoảng 43% chuyến đi được thực hiện trong năm 2015 có thể được thực hiện bằng công nghệ đó. Và với những điều chỉnh nhỏ về thiết kế tàu hoặc thêm một trạm tiếp nhiên liệu nữa, 99% chuyến đi có thể thực hiện bằng công nghệ mới này”.
LNG như một nguồn nhiên liệu thay thế
Theo công ty phân tích vận tải Clarksons Research, LNG đứng đầu danh sách các loại nhiên liệu thay thế hiện đang được sử dụng trên các tàu thương mại, bao gồm một số tàu container lớn. Mặc dù chưa đến 5% đội tàu chở hàng hiện tại trên tổng khoảng 55.000 tàu có thể chạy bằng nhiên liệu phát thải thấp hơn, nhưng 38% số tàu đóng mới sẽ có tùy chọn này, tăng từ 28% một năm trước và 12% trong 5 năm trước. LNG sẽ cung cấp năng lượng cho khoảng 741 tàu mới đó, trong khi 24 chiếc sẽ chạy bằng methanol và 6 chiếc chạy bằng hydro.
Điều cần thiết đối với LNG để vận chuyển là nó vẫn là nhiên liệu hóa thạch thải ra khí metan và cần đầu tư vốn đáng kể để trang bị thêm các động cơ và thùng nhiên liệu hiện có. Hơn nữa, nó sẽ kéo dài thời gian sử dụng nhiên liệu carbon trong ít nhất 20 năm nữa, đây là tuổi thọ điển hình của các tàu lớn.
Amoniac xanh
Amoniac cũng đang thu hút sự chú ý. Amoniac có nguồn cung cấp dồi dào và có thể được sử dụng trong động cơ nhiên liệu kép và pin nhiên liệu. Cũng như hydro, hầu hết amoniac có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch và việc sản xuất ra amoniac cũng thải ra lượng carbon dioxide đáng kể, mặc dù nó được tạo ra thân thiện với môi trường bằng cách kết hợp hydro xanh với nitơ từ không khí. Nhưng vấn đề an toàn là mối quan tâm lớn nhất vì amoniac độc hại nguy hiểm đối với con người và sinh vật biển, điều này có thể ngăn cản các cảng lưu trữ nó.
Mô hình tàu vận chuyển amoniac xanh
Tháng 12/2021, LMG Marin, một công ty con của Sembcorp Marine của Singapore đã đồng ý thiết kế loại tàu mà hãng mô tả là tàu chở nhiên liệu amoniac xanh đầu tiên cho một đơn vị của Tập đoàn Hàng hải Grieg Maritime Group của Na Uy. Dự kiến ra mắt vào năm 2024, MS Green Ammonia sẽ vận chuyển amoniac xanh một cách thích hợp.
Ở quy mô lớn hơn, vào tháng 6, Mitsubishi Shipbuilding – công ty con của Mitsubishi Heavy Industries đã công bố hoàn thành thiết kế ý tưởng của một tàu chở khí hóa lỏng lạnh size lớn (VLGC) ban đầu chạy bằng khí hóa lỏng (LPG), nhưng có thể thích ứng để sử dụng amoniac trong tương lai làm nhiên liệu chính. Công ty đóng tàu có trụ sở tại Tokyo trước đây đã chế tạo hơn 80 tàu VLGC và thiết kế mới sẽ cho phép trang bị thêm các tàu này để chạy bằng amoniac.
Tàu điện
Các nhà thiết kế của Mitsubishi cũng đang tiên phong cho những con tàu chạy bằng điện với một chiếc tàu mang tên Roboship do Honda Heavy Industries đóng và hạ thủy vào năm tới. Con tàu nặng 550 tấn sẽ thay thế động cơ diesel thông thường bằng hệ thống hybrid-điện, bao gồm pin lưu trữ, chân vịt, động cơ, tổng đài và máy phát điện. Nền tảng kỹ thuật số được sử dụng để điều khiển thiết bị động cơ điện được phát triển bởi e5 Lab, một công ty khởi nghiệp ở Tokyo thúc đẩy động cơ điện và số hóa các con tàu.
e5 đang hợp tác với một công ty đóng tàu khác của Nhật Bản là Asahi Tanker để chế tạo một cặp tàu chở dầu chạy hoàn toàn bằng điện, không phát thải, chạy bằng pin lithium-ion dung lượng lớn. Khối lượng công việc của các thủy thủ đoàn tàu sẽ được giảm bớt nhờ các thiết bị tự động và công cụ kỹ thuật số. Chiếc đầu tiên cung cấp nhiên liệu hàng hải cho các tàu ở Vịnh Tokyo vào tháng 4, với chiếc thứ hai dự kiến bắt đầu hoạt động vào năm tới.
Cũng như với ô tô điện, phạm vi di chuyển và sạc pin là những vấn đề với tàu điện tử, vì vậy chúng được thiết kế cho các chuyến đi ngắn, địa phương. Phà điện, thuyền hoa tiêu và tàu du lịch đang xuất hiện tại các cảng và bến cảng ở Nhật Bản, Thụy Điển và Đan Mạch.
Yara Birkeland là tàu container tự động và chạy hoàn toàn bằng điện đầu tiên đã bắt đầu vận chuyển một lượng nhỏ phân bón ở Na Uy vào mùa xuân năm ngoái. Trong hai năm đầu tiên, con tàu sẽ hoạt động với đầy đủ thủy thủ đoàn trong khi dần dần chuyển sang hướng tự chủ hoàn toàn, bao gồm điều hướng không người lái, bốc, dỡ hàng và neo đậu. Điện khí hóa các tàu container sức chứa TEU lớn hơn có khả năng đi qua các tuyến đường dài hơn trong khu vực sẽ yêu cầu dự trữ pin với chi phí thấp hơn và mở rộng cơ sở hạ tầng sạc trên bờ.
Sự trở lại của tàu chở hàng chạy bằng sức gió
Hệ thống con quay (rotor) Flettner được sử dụng bởi công ty năng lượng gió Anemoia trong ngành vận tải biển, được phát minh bởi kỹ sư người Đức Anton Flettner vào những năm 1920. Nó có các hình trụ giống như khói được gắn trên boong tàu quay nhanh theo gió, tạo ra lực đẩy.
Gavin Allwright, thư ký của Hiệp hội Windship Quốc tế cho biết: “Hiện có 20 tàu lớn sử dụng một số công nghệ hỗ trợ gió. Chúng bao gồm tàu chở dầu, tàu chở hàng rời và vận tải phương tiện, có đủ không gian boong để chứa các hệ thống khác nhau”.
Ông Allwright cho biết, hệ thống con quay (rotor) Flettner là một khái niệm được phát minh bởi Anton Flettner vào những năm 1920. Nó có hình trụ cao, giống như khói, được gắn trên boong tàu, quay nhanh theo gió và đẩy tàu về phía trước. Trong số các ứng dụng gần đây, công ty khai thác mỏ BHP của Úc đang hợp tác với Pan Pacific Copper và Nippon Marine để thử nghiệm hệ thống buồm cánh quạt trên một tàu sân bay số lượng lớn.
Cargill, công ty thực phẩm và nông nghiệp khổng lồ điều hành hơn 600 tàu chở hàng rời đang thử nghiệm một con tàu được trang bị WindWings - những cánh buồm vững chắc do BAR Technologies thiết kế.
Một con tàu được trang bị WindWings, những cánh buồm vững chắc do BAR Technologies thiết kế. Cargill được cho là có kế hoạch thuê ít nhất 20 tàu sử dụng công nghệ này trong những năm tới.
Jan Dieleman, Chủ tịch của Cargill’s Ocean Transportation cho biết: “Thông qua quan hệ đối tác này, chúng tôi sẽ mang đến các giải pháp gió riêng cho những khách hàng đang tích cực tìm cách giảm lượng khí thải CO2 từ chuỗi cung ứng của họ”.
Công nghệ hỗ trợ gió mà Airseas tuyên bố có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình 20%. Một công ty khác của Pháp, Michelin cũng đang thử nghiệm nguyên mẫu cơ động cánh buồm tự động có thể thu vào, bơm hơi trên một chiếc phà chạy giữa Anh và Tây Ban Nha.
Airseas - công ty lĩnh vực hàng hải của Airbus đã phát triển một chiếc diều khổng lồ và tự động mang tên Seawing, về cơ bản có thể kéo một con tàu.
Bất chấp việc áp dụng các dự án khử cacbon khác nhau, ngành hàng hải vẫn sẽ gặp khó khăn trong việc loại bỏ nhiên liệu hóa thạch. Quốc gia xuất khẩu dầu lớn nhất thế giới Ả Rập Xê Út đang tài trợ cho một số nỗ lực vận chuyển xanh của IMO. Nhưng khi Amazon, Ikea, Unilever và các công ty vận chuyển hàng hóa lớn khác tìm cách đáp ứng mục tiêu phát thải ròng bằng 0 thì vấn đề vận chuyển vẫn là mục tiêu chính.