KHỬ CARBON NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI - TƯƠNG LAI CỦA VẬN TẢI BIỂN

NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI Phà sử dụng điện giới Ampere KHỬ CARBON NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI TƯƠNG LAI CỦA VẬN TẢI BIỂN THS NGUYỄN VŨ HẢI - PHÓ CỤC TRƯỞNG CỤC ĐĂNG KIỂM VIỆT NAM Mục tiêu giảm thiểu tác động khí hậu vận tải biển đ̀i hỏi nhiều giải pháp khác Để giảm phát thải khí nhà kính từ tàu biển, Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) chuẩn bị số đề xuất để đáp ứng thực yêu cầu liên quan IMO đưa quy định Phụ lục VI ngăn ngừa ô nhiễm khơng khí từ tàu Cơng ước Quốc tế ngăn ngừa ô nhiễm tàu gây (MARPOL) với mục tiêu giảm phát thải tương lai vận tải biển quốc tế Mục tiêu đạt trung h̀a khí hậu từ vận biển vào năm 2050 Một phương pháp đưa khử carbon nhiên liệu hàng hải Các loại nhiên liệu dự định sử dụng thời gian tới nhiên liệu chuyển tiếp tạm thời, với nhiên liệu mục tiêu cuối hydro Lượng phát thải carbon dioxide phụ thuộc vào thành phần hóa học nhiên liệu, nhiệt trị thấp hiệu suất động Trong tương lai gần, việc sử dụng nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp trình chuyển tiếp cho phép mở kỷ nguyên hydro Sự phát triển công nghệ để đảm bảo phù hợp nhiên liệu tiềm với yêu cầu đốt cháy động diesel hàng hải tuabin khí, với khả lưu trữ cung ứng loại nhiên liệu này, rào cản khiến chúng bị hạn chế sử dụng Hiệu suất động diesel hàng hải đạt giá trị khoảng 50%, pin nhiên liệu gần 100% Có vẻ hydro nhiên liệu tương lai, kể vận tải biển Công dụng hydro pin nhiên liệu với hiệu suất gần gấp đôi so với động đốt nhiệt 40 http://www.tauthuy.vn TỔNG QUÁT Vận tải hàng hóa đường biển có ý nghĩa sống cịn kinh tế tồn cầu Bên cạnh đó, phương tiện phà cung cấp dịch vụ vận chuyển quốc tế ngắn, nội địa nội thủy cho xe tải, xe xe chở khách Có thể đại dịch Covid-19 qua đi, đội du thuyền viễn dương trở lại hệ thống du lịch toàn cầu Để thực chức mình, tất tàu cần loại lượng khác nhau, lượng đến từ nhiên liệu hàng hải Thời đại than đá nhiên liệu hàng hải kết thúc cách 60 năm không quay trở lại Hiện nay, nhiên liệu hàng hải lỏng có nguồn gốc từ dầu thơ sử dụng chủ yếu Q trình lọc dầu tạo số loại nhiên liệu hàng hải dầu khí hàng hải (MGO), dầu diesel hàng hải (MDO) dầu nhiên liệu nặng (HFO) (theo ISO 8217) Động diesel hàng hải điều chỉnh để đốt cháy nhiên liệu cặn có độ nhớt 500C lên đến 700 cSt Một số loại nhiên liệu sinh học giới thiệu vận tải thủy, chẳng hạn như: diesel sinh học, metanol, etanol, butanol sinh học, ether sinh học, dầu cọ, dầu thực vật dầu ăn, …, tỷ lệ chúng giới hạn số trường hợp phạm vi định (chẳng hạn vận tải thủy nội địa) Đã có tàu thủy phà chế tạo sử dụng lượng điện từ ắc quy, lượng điện chủ yếu lấy từ nhà máy điện bờ khả tích lũy lượng cịn hạn chế chuyến hành trình ngắn Ampere phà chở khách nội địa Na Uy sử dụng điện giới đưa vào hoạt động đầu năm 2015 với tuyến đường km PHÁT THẢI CARBON DIOXIDE TỪ VẬN TẢI BIỂN Vận tải biển quốc tế phát thải khoảng 2,5 ÷ 3% carbon dioxide (CO2) nhiễm tồn giới Năm 2015, vận tải biển quốc tế tạo 932 triệu CO2, chiếm 2,6% lượng phát thải giới Tất phương thức vận tải chiếm 24% lượng phát thải toàn cầu Lượng phát thải carbon dioxide phụ thuộc vào tổng mức tiêu thụ nhiên liệu hàm lượng carbon nhiên liệu sử dụng CO2 loại khí nhà kính (GHG) Do phát thải loại khí nhà kính khác nitơ ơxít lưu huỳnh từ động diesel hàng hải, lượng phát thải CO2 tương đương (CO2e - Equivalent CO2 emission) sử dụng tính tốn nghiên cứu Thơng tin loại khí nhà kính, hàm lượng thị GWP (Tiềm nóng lên toàn cầu Global Warming Potential) nêu Bảng Bảng Chỉ thị tiềm nóng lên toàn cầu (GWP) giai đoạn 20 năm 100 năm so với CO2 loại khí nhà kính (GHG) khác Loại khí GWP20 GWP100 Carbon dioxide CO2 Carbon monoxide CO 1 2,8 ÷ 10 ÷ 31 Methane CH4 84 30 Nitrous oxide N2O 300 265 Propane C3H8 9,5 3,3 Butane C4H10 6,5 Black Carbon BC 4,47 1,055 ÷ 2,241 0 Ammonia NH3 1 Tùy thuộc vào nguồn Sự khác biệt phát thải CO2 CO2e nhiên liệu lỏng nhỏ, nhiều khoảng ÷ 9% CO2e, ổn định, nên không cần phải xem xét thêm IMO có tham vọng giảm nửa lượng phát thải khí nhà kính từ vận tải biển vào năm 2050 khử carbon vận tải biển sớm tốt kỷ Hiện tại, có ba yêu cầu bắt buộc đề cập đến phát thải khí nhà kính: • Chỉ số thiết kế hiệu lượng (EEDI) cho tàu đóng yêu cầu cải thiện đến 30% hiệu suất thiết kế tùy thuộc vào kiểu loại kích cỡ tàu so với năm 2013 (năm bắt đầu yêu cầu áp dụng EEDI); • Kế hoạch Quản lý hiệu lượng tàu (SEEMP) cho tất tàu 400 GT hoạt động; • Hệ thống thu thập liệu tiêu thụ dầu nhiên liệu (DCS) yêu cầu báo cáo hàng năm lượng phát thải carbon dioxide, liệu hoạt động khác 41 NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI thông tin chi tiết tàu cho tàu 5000 GT Các yêu cầu bắt buộc áp dụng từ ngày 01/01/2023: • Chỉ số thiết kế hiệu lượng cho tàu có (EEXI); • Chỉ thị Cường độ carfbon (CII) (được gọi AER (Xếp hạng phát thải hàng năm - Annual Emission Rating) tính số gam CO2 hải lý-tấn trọng tải tàu) với mức xếp hạng từ A đến E tính tốn hàng năm cho tất tàu chở hàng tàu khách du lịch 5000 GT; • Tăng cường SEEMP với nội dung bắt buộc để đạt mục tiêu CII Các yêu cầu tàu có IMO xem xét lại vào cuối năm 2025 Hệ số phát thải carbon dioxide cho nhiên liệu hàng hải nhiên liệu thay Phát thải carbon dioxide đến từ q trình đốt cháy nhiên liệu có chứa ngun tố carbon Đây phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt động biến đổi thành đẩy tàu Phản ứng đốt cháy nguyên tố carbon sau: C + O2 → CO2 + 406,92 kJ/mol Một mol carbon cộng với mol oxy thu mol carbon dioxide nhiệt Khoảng 12 gam carbon cộng với 32 gam oxy tạo 44 gam carbon dioxide Điều có nghĩa hệ số nhiên liệu (cF) nguyên tố carbon 44/12 = 3,667 (cFC = 3,667) (chính xác 3,642 xét khối lượng thực nguyên tố) Hệ số nhiên liệu phụ thuộc vào hàm lượng carbon (CC) tính theo khối lượng nhiên liệu, tích hệ số nhiên liệu carbon với hàm lượng carbon (cFF = cFC·CC) Hệ số cho nhiên liệu hàng hải nhiên nhiên liệu thay khác nêu Bảng Bảng Hệ số phát thải carbon dioxide loại nhiên liệu hàng hải nhiên liệu thay khác Loại nhiên liệu Hàm lượng Hệ số nhiên carbon (tính liệu (cF) theo khối lượng) (kg CO2/kg of Fuel)1 Marine gas oil 0,875 3,206 Marine diesel oil 0,875 3,206 42 http://www.tauthuy.vn Light fuel oil Marine heavy oil Methane Propane Butane Propylene Biodiesel Methanol Dimethyl ether Ammonia 0,86 0,85 0,75 0,819 0,827 0,857 0,86 0,375 0,522 3,151 3,112 2,750 3,000 3,030 3,141 3,151 1,375 1,913 Đôi hệ số phát thải carbon dioxide hiển thị cách sử dụng đơn vị kg CO2/MJ kg CO2/kWh, nhiệt trị thấp xem xét Tổng lượng phát thải khí nhà kính (chủ yếu CO2) từ nhiên liệu lớn có tính đến lượng phát thải carbon dioxide trình sản xuất, chế biến cung cấp nhiên liệu cho tàu thường gọi phát thải từ giếng dầu tới két chứa nhiên liệu tàu (the well-to-tank emission), gọi phát thải thượng nguồn (upstream emission) hay phát thải giám tiếp (indirect emission) - lượng phát thải tính từ dầu mỏ khai thác nhiện liệu cấp vào két chứa tàu Một số nhà nghiên cứu sử dụng hệ số khác - hệ số tương đương carbon dioxide từ giếng dầu đến lằn nước tàu chạy tạo (the wellto-wake carbon dioxide equivalent factor), lượng phát thải tính từ dầu mỏ khai thác dầu nhiên liệu đốt cháy để tạo lực đẩy tàu, để xem xét tổng hai yếu tố: well-totank tank-to-wake đánh giá phát thải QUY TRÌNH KHỬ CARBON CỦA NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI Việc khử carbon nhiên liệu hàng hải chìa khóa để đáp ứng mục tiêu giảm thiểu khí nhà kính IMO tổ chức khác đặt Nhu cầu nhiên liệu hàng hải toàn cầu cung ứng cho tàu 370 triệu tấn/năm Việc giảm phát thải khí nhà kính thực thơng qua nhiều hoạt động đa dạng: nâng cao hiệu suất động cơ, giảm sức cản thân tàu, giảm tốc độ tàu giới hạn định, lập kế hoạch tốt cho chuyến tàu, Các hoạt động cho phép giảm tổng mức tiêu thụ nhiên liệu cuối giảm lượng phát thải carbon dioxide tương đương Đã có quy định Thẩm tra báo cáo giám sát (the Monitoring Reporting Veriication - MRV) tàu mang cờ quốc tịch Liên minh châu Âu tàu đến cảng châu Âu (có hiệu lực từ ngày 01/7/2015) Hệ thống thu thập liệu (Data Collection System - DCS) cho tàu 5000 GT (có hiệu lực từ ngày 01/3/2018) Các chủ tàu thực nhiều biện pháp để đáp ứng yêu cầu IMO, chẳng hạn tối ưu hóa cơng suất hệ thống đẩy, tối ưu hóa tốc độ diện rộng (chủ yếu giảm tốc độ), tối ưu hóa hành trình, quản lý đội tàu, giải pháp hậu cần biện pháp khuyến khích khai thác tàu, nỗ lực sử dụng nhiên liệu sinh học hệ thứ ba nhiều biện pháp khác Có vấn đề lớn chủ tàu có tàu cũ (chủ yếu 20 tuổi) quy định Phụ lục VI - Cơng ước MARPOL IMO thơng qua khóa họp thứ 75 Ủy ban Bảo vệ môi trường biển (tháng 11/2020) bắt buộc áp dụng Chỉ số thiết kế hiệu lượng cho tàu có (EEXI) Chỉ thị cường độ carbon (CII) phải tính tốn CII hoạt động hàng năm phải so sánh với giá trị quy định từ mức A (tốt nhất) đến mức E (kém nhất) Đối với tàu mức D E hai năm liên tiếp đòi hỏi phải nỗ lực để đạt mức độ C tối thiểu năm Nếu khơng, tàu bị quyền cảng lưu giữ, điều buộc phải tháo dỡ để thu hồi phế liệu NHIÊN LIỆU CHUYỂN TIẾP VÀ TƯƠNG LAI TRONG VẬN TẢI BIỂN Nhiên liệu sinh học Dầu thực vật sử dụng trực tiếp (Straight vegetable oils - SVO) chiết xuất từ thực vật để sử dụng làm nhiên liệu Việc sử dụng trực tiếp SVO tạo số vấn đề động diesel hàng hải tốc độ trung bình tốc độ chậm độ nhớt cao nhiệt độ sôi cao SVO, tạo cặn carbon bên động làm hỏng chất bôi trơn động SVO sử dụng để pha trộn với nhiên liệu thông thường nhằm giảm thiểu vấn đề Quá trình phản ứng trao đổi rượu este (transesteriication) chuyển đổi loại dầu khác (chất béo trung tính) thành metyl este Glycerol nước loại bỏ sản phẩm không mong muốn Dầu diesel sinh học thu thường gọi metyl este axit béo (fatty acid methyl esters - FAME) Loại diesel sinh học có điểm chớp cháy số cetan cao so với diesel thông thường nhiên liệu phù hợp SVO, dẫn đến hiệu suất động tốt hơn; nhiên, điểm mây cao (320C), dẫn đến dịng chảy nhiên liệu tắc nghẽn lọc, FAME không hồn tồn tương thích với nhiều động diesel có có thời gian lưu trữ ngắn Các thơng số số nhiên liệu sinh học trình bày Bảng Bảng Các thơng số số nhiên liệu sinh học Thông số Diesel Diesel Metyl este sinh học tái tạo axit béo (Biodiesel) (Renewable (Fatty acid Diesel) Methyl Esters) Tỷ trọng (150C) 0,88 0,78 0,765 (kg/dm3 ) Độ nhớt động 4÷6 2÷4 học (400C) (cSt) Số cetan 47 ÷ 65 >70 >70 Hàm lượng lưu < 0,0015 < 0,0005 < 0,1 huỳnh (% khối lượng) Nhiệt trị thấp 37,2 44,1 43 (MJ/kg) Rượu Thách thức việc sản xuất nhiên liệu từ sinh khối hàm lượng oxy cao thiếu khả thích hợp để chuyển đổi trực tiếp, địi hỏi bước xử lý bổ sung khử oxy để thu tỷ lệ hydrocarbon (H:C) cao Kết cuối nhiên liệu thu có hàm lượng oxy thấp, khả hòa tan nước thấp mức độ bão hòa liên kết carbon cao Sau bước xử lý nước, dầu thực vật chuyển hóa thành nhiên liệu este axit béo (HEFA) xử lý hydro Các sản phẩm trình chuyển hóa sinh khối rượu Có nhiều loại rượu coi loại nhiên liệu hàng 43 NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI hải khả dĩ, có hai số chúng sử dụng phổ biến: metanol etanol Metanol sử dụng làm nhiên liệu cho số thử nghiệm hàng hải thành công với khả sử dụng động đánh lửa tia lửa động đánh lửa nén Ethanol sử dụng phổ biến làm nhiên liệu ô tô số quốc gia Các thông số metanol etanol thể Bảng Bảng Thông số metanol ethanol Thông số Methanol Ethanol Tỷ trọng (150C) 794 kg/m3 789 kg/m3 Nhiệt trị thấp 20 ÷ 23 27 ÷ 30 MJ/ MJ/kg kg Điểm sôi 64.7 C 770C Điểm chớp cháy 12 C < 100C Giới hạn nổ ÷ 36,5% 3,2 ÷ 18,3% theo thể theo thể tích tích Khả hịa tan Có thể trộn Có thể trộn nước Độ nhớt động học 0,77 cSt 1,77 cSt 200C Do methanol có nhiệt trị thấp nhỏ so với dầu diesel hàng hải (MDO) (22 đến 42 MJ/kg) tỷ trọng thấp (794 đến 870 kg/m3), nên lượng trữ nhiên liệu methanol phải cao gấp đôi so với dầu diesel hàng hải Methanol độc người nuốt phải hít phải tiếp xúc với da Do điểm chớp cháy thấp (nhiên liệu lỏng hàng hải truyền thống có nhiệt độ chớp cháy tối thiểu 600C), nên nguy cháy nổ metanol cao Ngoài ra, vật liệu đặc biệt cần thiết cho đệm kín (nhựa kháng metanol, tức loại Telon) Cũng cần lưu ý metanol ăn mòn đồng niken hợp kim chúng Amoniac giải pháp cho trình khử carbon Amoniac loại khí tổng hợp thu từ nhiên liệu hóa thạch, sinh khối nguồn tái tạo Amoniac không chứa lưu huỳnh carbon, không thải oxit lưu huỳnh, oxit carbon, chất dạng hạt hydro carbon không cháy bị đốt Loại nhiên liệu giúp thực quy định phát thải IMO Amoniac coi 44 http://www.tauthuy.vn ứng cử viên tiềm cho nhiên liệu tương lai vận tải biển Các đặc tính amoniac, so với nhiên liệu khí khác dùng cho vận tải biển propan, trình bày Bảng Bảng Tính chất amoniac so với propan Propane Thông số Ammoniac C3H8 NH3 Điểm sôi 0,1 MPa -33,30C -42,10C Tỷ trọng, lỏng 682 kg/m3 493 kg/m3 Nhiệt trị thấp 18,6 MJ/kg 46,6 MJ/kg Tỷ lệ giới hạn khả 0,63 ÷ 1,4 0,51 ÷ 2,51 cháy, (hệ số tỷ lượng với khơng khí = 1) Tốc độ cháy lớn 0,09 m/s 0,43 m/s Nhiệt độ bốc cháy 6510C 4320C Nhiệt độ lửa đoạn 1750 C 20200C nhiệt tối đa Phạm vi LFL-UFL (Giới 15 ÷ 25% 2,1 ÷ 9,5% hạn cháy thấp - Giới hạn cháy cao) Số cetan Rất thấp >34 Do số vấn đề với trình đốt amoniac động diesel, chẳng hạn tốc độ đốt cháy thấp, nhiệt độ tự cháy cao nhiệt trị thấp nhỏ, nên cần phải phun lượng nhỏ nhiên liệu mồi (nhiên liệu lỏng truyền thống dầu diesel), với mục đích đảm bảo q trình đốt cháy amoniac có kiểm sốt thời gian Trong trường hợp đó, phát thải CO2 mức độ nhỏ xảy Khái niệm amoniac hai phần bổ sung cho dòng động MAN B&W ME: ME-LGIP (LPG) để phun propan lỏng ME-LGIM để phun metanol lỏng Nhiều vấn đề với amoniac làm nhiên liệu hàng hải giải thử nghiệm tích cực động hai thì, tốc độ thấp phịng thí nghiệm thực Amoniac thường lưu trữ trạng thái lỏng với nhiệt độ môi trường xung quanh két điều áp áp suất 8,6 bar (abs) (ở 200C) 17 bar (abs) (ở nhiệt độ 200C) Nguy hỏa hoạn ammoniac thấp mức cao giới hạn cháy thấp (LFL) Điều đáng nói sở hạ tầng để lưu trữ phân phối amoniac tồn áp dụng nhanh tốt cho việc cung ứng nhiên liệu cho tàu thủy Nhiên liệu khí hàng hải - Động sử dụng hai ba loại nhiên liệu Động diesel hàng hải chế tạo để đốt loại nhiên liệu hàng hải truyền thống sản phẩm dầu mỏ Việc đốt cháy nhiên liệu hỗn hợp chứa nhiên liệu sinh học thực sau hệ thống nhiên liệu động điều chỉnh Động sử dụng hai loại nhiên liệu (Dual fuel engine-DF) ba loại nhiên liệu (Tri fuel engine- TF) động tối ưu hóa để đốt cháy loại nhiên liệu khác, chẳng hạn metan, etan, propan, butan propylen có nguồn gốc từ két chứa hàng thân tàu số trường hợp, trực tiếp từ két chứa nhiên liệu đặc biệt Động DF TF cho phép sử dụng khí bay (boil-of gas - BOG) có nguồn gốc từ khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) khí dầu mỏ lỏng hóa lỏng (LPG) thân tàu vận chuyển làm nhiên liệu Nghị MSC.391(95) IMO thông qua Bộ luật Quốc tế an toàn cho tàu sử dụng khí nhiên liệu có điểm chớp cháy thấp khác (Bộ luật IGF) vào năm 2015 Các chủ tàu có lựa chọn hai giải pháp động khác cho động hai kỳ, tốc độ thấp tàu chở LNG: MEGI (phun khí áp suất cao), MAN Diesel & Turbo X-DF (tiếp nhận khí áp suất thấp) WinGD (trước Wartsila) Hệ thống MEGI hoạt động theo chu trình diesel, cịn hệ thống X-DF hoạt động theo chu trình Otto Cả hai hệ thống yêu cầu phun MDO mồi vi mơ đồng thời với việc tiếp nhận khí tự nhiên Lợi mơi trường khí tự nhiên hệ số nhiên liệu carbon nhỏ (Bảng 1) bị khí mêtan (methane slip) vào khí Kết phát thải CO2e từ giếng khoan đến két chứa nhiên liệu tàu (the well-to-tank) thường lớn khí tự nhiên Động diesel DF chuẩn bị cho trình đốt cháy metan tối ưu hóa để đốt cháy etan Do đó, có hai khả xảy động DF vậy: đốt cháy nhiên liệu lỏng metan, nhiên liệu lỏng etan phạm vi từ đến 100% hỗn hợp trình động hoạt động lên đến 80% cơng suất danh định q trình thay đổi nhiên liệu Các nhiên liệu LPG khác (propan, butan propylen) hỗn hợp chúng sử dụng động diesel hàng hải sau động điều chỉnh thích ứng trình chế tạo (chỉ dành cho loại động cụ thể, tức động ME-LGI loại MAN có bugi đánh lửa phun nhiên liệu mồi để đánh lửa, động Wartsila 34SG-LPG chạy khí propan sử dụng với phun nhiên liệu mồi cấu hình DF) theo lựa chọn chủ tàu nhà máy đóng tàu Hệ số nhiên liệu carbon nhiên liệu LPG tương tự nhiên liệu hàng hải điển hình tạo khác biệt 17% phát thải CO2 nhiệt trị thấp (LHV) cao so với HFO Để trì biên độ kích nổ an tồn cho tất nhiên liệu khí, số cetan tối thiểu nhiên liệu yêu cầu tùy thuộc vào loại nhiên liệu Việc đốt cháy nhiên liệu khí động diesel tàu thủy đáp ứng yêu cầu IMO phát thải Bậc (IMO Tier 3) mà không sử dụng hệ thống làm khử xúc tác chọn lọc (SCR) tuần hồn khí thải (EGR) Hydro - Nhiên liệu hàng hải tương lai Hydro dường nhiên liệu tốt cho nhiều mục đích nước tạo trình đốt cháy Nó có nhiệt trị thấp (LHV) cao, lớn khoảng ba lần so với nhiên liệu hàng hải truyền thống Nhiệt trị cao (HHV) hydro 141,8 MJ/ kg Hydro nhiên liệu mà trình đốt cháy cho phép đạt nhiều nhiệt kg khối lượng Hydro tạo từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm trình điện phân nước Vấn đề mật độ thấp trạng thái khí trạng thái lỏng Các tính chất hydro so với metan trình bày Bảng Có thể thấy nhiệt độ tới hạn thấp (-2400C, khoảng 33 K) điều kiện q trình hóa lỏng hydro Việc lưu trữ hydro thời gian dài gây số vấn đề nghiêm trọng so với nhiên liệu khí khác Bảng Tính chất hydro so với metan Thơng số Hydro Metan (Khí tự nhiên) Tỷ trọng khí trạng thái 0,0905 kg/m3 0,716 kg/m3 bình thường (ISO) Tỷ trọng tương đối, khí 0,07 0,554 (khơng khí = 1) 45 NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI Tỷ trọng tương đối, lỏng (nước = 1) Nhiệt trị thấp Nhiệt độ tới hạn Điểm sơi Điểm nóng chảy Phạm vi cháy 0,071 0,44 ÷ 0,48 119,96 MJ/kg -2400C -2530C -2590C ÷ 77% theo thể tích 50 MJ/kg -82.450C -161,480C -187,60C ÷ 14% theo thể tích 0,37 m/s 5370C 1971 Tốc độ cháy lớn Nhiệt độ tự bốc cháy Số Liên hợp quốc (UN Number) Thông tin khác 2,91 m/s 5850C 1954 Cháy với lửa vơ hình, khí dễ cháy Gây ngạt Hiện cịn thiếu cơng nghệ thích hợp để sử dụng hydro làm nhiên liệu hàng hải (chẳng hạn vấn đề vận tốc đốt cháy tối đa) Điều đáng nói hàm lượng lượng hydro 8,5 MJ/ dm3 (hóa lỏng, -2530C) 2,46 MJ/dm3 (nén, 30 MPa) so với amoniac hóa lỏng, 12,69 MJ/dm3 (hóa lỏng, -330 C) Do nhiều ưu điểm vấn đề việc sử dụng hydro dạng khí làm nhiên liệu, người ta cố gắng tạo hỗn hợp khí có chứa phụ gia hydro với khối lượng lên đến 30% Một lựa chọn thay thế, Wartsila đưa để sử dụng LPG cho động đẩy, lắp đặt thiết bị chuyển hóa khí để biến LPG nước thành metan hỗn hợp với CO2 số hydro Loại khí cải tiến sử dụng cho động khí thơng thường động sử hai nhiên liệu (DF) mà không cần giảm công suất động Việc sử dụng hydro động nhiệt giải pháp trung gian Mục tiêu bao quát việc sử dụng hydro pin nhiên liệu CÁC KỊCH BẢN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI Trong 50 năm qua, khủng hoảng nhiên liệu giới xảy vài lần Giá nhiên liệu hàng hải tăng ảnh hưởng đến chi phí kinh tế hoạt động khai thác tàu Hiện nay, tỷ trọng chi phí nhiên liệu chiếm khoảng 70% tổng chi phí 46 http://www.tauthuy.vn vận hành Các chủ tàu bắt đầu sử dụng nhiên liệu rẻ - dầu nhiên liệu nặng Các quy định IMO môi trường thay đổi cách tiếp cận việc sử dụng nhiên liệu Quá trình khử carbon nhiên liệu hàng hải năm 2020 IMO dự kiến tổng lượng phát thải khí nhà kính từ vận tải biển giảm nửa vào năm 2050 Một loạt loại nhiên liệu chuyển tiếp sử dụng từ năm 2022 đến năm 2050 Các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp vận tải biển tổ chức đăng kiểm đưa kịch khác cho đóng góp loại nhiên liệu hàng hải khác vận tải biển Trong năm tới (2022 - 2030), quy định IMO có tác động định đến việc sử dụng nhiên liệu hàng hải ưa thích coi xanh Hình ví dụ mơ tả dự báo thành phần nhiên liệu hàng hải toàn cầu năm 2050 để đáp ứng chiến lược giảm phát thải khí nhà kính IMO Có thể tin tưởng phát triển công nghệ hydro bước đột phá nhiên liệu vận tải biển sau năm 2050 Dự báo thành phần nhiên liệu hàng hải toàn cầu năm 2050 LOẠI NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI NÀO SẼ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG TƯƠNG LAI? Việc tìm kiếm nhiên liệu hàng hải thay gặp phải số yêu cầu mâu thuẫn Hiện hoạt động chủ yếu hướng vào điều chỉnh động diesel hàng hải để đốt cháy nhiên liệu coi mặt sinh thái, không làm giảm hiệu suất động cơ, có sẵn với số lượng thích hợp rẻ tiền Một chu trình carbon tự nhiên cần thiết cho sống trái đất Mục tiêu IMO “không carbon” mà giảm cuối ngừng chuyển carbon từ nhiên liệu hóa thạch vào chu trình carbon tự nhiên Hành động IMO giảm phát thải khí tự nhiên khí để giảm tốc độ gia tăng nồng độ chủ yếu carbon dioxide Khơng có ngun tử carbon “xanh” “đen” Vấn đề cân khối lượng CO2 khí Q trình khử carbon khơng có nghĩa loại bỏ tất hợp chất carbon khỏi khí mà giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch vận tải thủy Việc giảm tiêu thụ nhiên liệu hàng hải thơng qua việc tăng hiệu suất động diesel tuabin khí Hiệu suất động nhiệt bị giới hạn hiệu suất chu trình Carnot (tối đa khoảng 70%) Hiệu suất động diesel dùng cho động tàu thủy nhà sản xuất báo cáo đạt giá trị từ 50 - 53% Biện pháp để khử carbon vận tải thủy sử dụng nhiên liệu có khơng có hàm lượng carbon Nhiều đánh giá thực khả nhiên liệu hàng hải tuân thủ yêu cầu IMO tính sẵn có nhiên liệu, đặc tính chúng cơng nghệ khả thi Có vẻ cần phải loại bỏ việc sử dụng động nhiệt tàu thủy để chuyển sang sử dụng pin nhiên liệu pin điện Trong trường hợp này, loại nhiên liệu hàng hải tương lai vận tải thủy quan trọng Việc phát triển công nghệ dựa phát điện trực tiếp lưu trữ điện lâu dài định Cần phải có q trình chuyển đổi khỏi nhiên liệu hàng hải truyền thống để tăng tỷ trọng nhiên liệu khí Trong giai đoạn chuyển tiếp, khí tự nhiên amoniac nhiên liệu thay Trong khoảng 20 - 30 năm nữa, kỷ nguyên hydro đến KẾT LUẬN Một biện pháp IMO xác định Chỉ số thiết kế hiệu lượng (EEDI) Chỉ số khai thác hiệu lượng (EEOI) tàu, sau giảm dần lượng phát thải carbon dioxide cách đặt giới hạn phải đáp ứng cho tàu đóng tàu hoạt động Các nhà thiết kế tàu chủ tàu nên thực số biện pháp để đáp ứng yêu cầu Đối với nhiều tàu hoạt động, nhìn chung khơng thể đáp ứng yêu cầu quy định, điều đặt chủ tàu vào tình khó khăn định nâng cấp hay loại bỏ tàu Hiệu suất pin nhiên liệu đạt 99% Sự phát triển pin nhiên liệu hydro nguồn lượng công nghệ tương lai Các vấn đề tác động tiêu cực đến môi trường chuyển từ vận tải thủy sang nhà máy bờ chế tạo pin, sản xuất lưu trữ hydro Động đẩy pin-điện với máy phát điện bổ sung dạng pin nhiên liệu dường sử dụng hiệu lượng sơ cấp (amoniac, metanol hydro) Vận tải thủy yêu cầu khoảng 25% sản lượng điện bổ sung bắt nguồn từ nguồn tái tạo từ nhà máy điện bờ Các tàu chạy điện thường nhỏ chủ yếu tham gia vào hoạt động vận chuyển đường biển ngắn ven bờ thủy nội địa Công nghệ hy vọng sẵn có cho tàu lớn chuyến dài Vận tải thủy kết nối giới cách cung cấp mặt hàng thiết yếu mà xã hội cần để phát triển mạnh mẽ Trong điều thực với lượng phát thải carbon thấp so với phương thức vận tải hàng hóa vận chuyển, vận tải thủy tạo lượng đáng kể khí nhà kính Với lượng phát thải carbon ngày tăng lên thời gian đầu tư kéo dài hàng thập kỷ, vận tải thủy chờ đợi Để giới khử carbon, vận tải thủy phải khử cácbon Để phù hợp với nhu cầu xã hội để trì phù hợp với vai trị ngành cơng nghiệp then chốt - lúc phải hành động Ngành vận tải biển phải đạt mức cân carbon vào năm 2050 để đạt điều đó, tàu khơng phát thải phải trở thành lựa chọn ưu cạnh tranh vào năm 2030, thời điểm mà cần đạt nguồn lượng không phát thải chiếm 5% vận tải biển quốc tế 47 ... số nhiên liệu carbon với hàm lượng carbon (cFF = cFC·CC) Hệ số cho nhiên liệu hàng hải nhiên nhiên liệu thay khác nêu Bảng Bảng Hệ số phát thải carbon dioxide loại nhiên liệu hàng hải nhiên liệu. .. phát thải QUY TRÌNH KHỬ CARBON CỦA NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI Việc khử carbon nhiên liệu hàng hải chìa khóa để đáp ứng mục tiêu giảm thiểu khí nhà kính IMO tổ chức khác đặt Nhu cầu nhiên liệu hàng hải. .. nhiên liệu cho tàu thủy Nhiên liệu khí hàng hải - Động sử dụng hai ba loại nhiên liệu Động diesel hàng hải chế tạo để đốt loại nhiên liệu hàng hải truyền thống sản phẩm dầu mỏ Việc đốt cháy nhiên