เรือจะเปลี่ยนไปใช้ระบบขับเคลื่อนที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ได้อย่างไร

ปัจจุบันการขับเคลื่อนของเรือที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์สามารถทำได้โดยใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่สำหรับเส้นทางระยะสั้น และเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสีเขียวสำหรับการขนส่งในทะเลลึก

การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ใช่การแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว แต่เป็นการปรับวิศวกรรมอย่างเป็นระบบ สำหรับเรือที่อยู่ในรัศมี 200 ไมล์ทะเล ข้อเสนอระบบไฟฟ้าแบตเตอรี่พร้อมการชาร์จฝั่ง ประสิทธิภาพการตื่นที่ดี 92-96% . สำหรับเรือเดินทะเล ไฮโดรเจนเหลว (LH2) ควบคู่กับเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) นำเสนอโซลูชันคาร์บอนเป็นศูนย์เดียวที่สามารถปรับขนาดได้ซึ่งบรรลุผลสำเร็จ การปล่อย CO2, SOx หรือ PM เป็นศูนย์ . อย่างไรก็ตาม LH2 ต้องการปริมาตรถังมากกว่าน้ำมันก๊าซทางทะเล (MGO) ถึง 3.7 เท่าสำหรับปริมาณพลังงานที่เท่ากัน ส่งผลให้ต้องออกแบบระบบจัดเก็บและจัดการเชื้อเพลิงใหม่ทั้งหมด

ไม่มีเชื้อเพลิงที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์แบบ "ดรอปอิน" แม้แต่ตัวเดียว เส้นทางปฏิบัติมารวมกัน เมทานอลสีเขียว (ใช้กับเรือขนาด 16,200 Tสหภาพยุโรป ของ Maersk แล้ว) และ แอมโมเนีย (กำหนดเป้าหมายโดย Fortescue ในปี 2026) ในฐานะตัวพาไฮโดรเจน แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงผลิต NOx หรือ N2O ของท่อไอเสีย เว้นแต่จะจับคู่กับการลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกสรร ระบบขับเคลื่อนที่ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ที่เติบโตเต็มที่ที่สุดสำหรับเรือใกล้ชายฝั่งยังคงใช้ระบบไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ยารา เบิร์คแลนด์ จากนอร์เวย์ แสดงให้เห็น 120 ไมล์ทะเลต่อการชาร์จที่ 6.5 นอต

อุปกรณ์เสริม และเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับไฮโดรเจนเหลว (LH2) ที่เป็นเชื้อเพลิงทางทะเล

การใช้ LH2 จำเป็นต้องมีระบบนิเวศจากบังเกอร์ถึงขับเคลื่อนที่สมบูรณ์ นอกเหนือจากเซลล์เชื้อเพลิง ระบบย่อยที่สำคัญหกระบบจำเป็นสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ:

• ถังไครโอเจนิกแบบหุ้มฉนวนสุญญากาศ – รักษา LH2 ไว้ที่ -253°C. อัตราการต้มน้ำจะต้องต่ำกว่า 0.2% ต่อวัน รถถัง IMO Type C ปัจจุบันบรรลุ 0.1-0.15%
• ระบบนำพลังงานความเย็นกลับมาใช้ใหม่ – ใช้พลังความเย็นเยือกแข็งของ LH2 (ประมาณ 1.2 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม) สำหรับการปรับอากาศหรือการทำความเย็นสินค้าล่วงหน้า ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวมได้ 12-18%
• เสาระบายอากาศแบบกันก๊าซแบบมีผนัง 2 ชั้น – การออกแบบการตรวจจับการรั่วไหลและการกระจายตัว ความเร็วเปลวไฟของไฮโดรเจน (2.7 ม./วินาที) ต้องใช้โซนป้องกันการระเบิดพิกัด IECEx/ATEX โซน 1
• ปั๊มไครโอเจนิกแรงดันสูง (สูงถึง 700 บาร์) – ส่ง LH2 ไปยังเครื่องพ่นไอ อัตราการไหล 500-2,000 กก./ชม เป็นเรื่องปกติสำหรับการขับเคลื่อน 10 เมกะวัตต์
• อินเตอร์ล็อคนิรภัยและเครื่องตรวจจับเปลวไฟไฮโดรเจน – เวลาตอบสนองต่ำกว่า 3 วินาที; ต้องใช้เซ็นเซอร์อัลตราไวโอเลต/อินฟราเรด (UV/IR) ตาม IEC 60079-29
• การจัดการก๊าซต้ม (BOG) – การเปลี่ยนสภาพให้เป็นของเหลว (โทษด้านพลังงาน 8-10%) หรือป้อนโดยตรงไปยังเซลล์เชื้อเพลิงเสริม สำหรับการเดินทางระยะไกล BOG จะต้องถูกเผาหรือควบแน่นใหม่ทุกๆ 48-72 ชั่วโมง .

การอัพเกรดอุปกรณ์ที่ใช้น้ำมันดีเซลที่มีอยู่เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม: เส้นทางการปรับปรุงใหม่ในทางปฏิบัติ

เครื่องยนต์ดีเซลที่มีอยู่จะไม่ถูกตัดออก ระดับการปรับปรุงเพิ่มเติมสามระดับช่วยให้ปฏิบัติตามมาตรฐาน IMO Tier III และ EPA 2027 ที่ 30-60% ของต้นทุนการเปลี่ยน สำหรับการลด NOx ระบบลดตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกสรร (SCR) ลดลงได้ 85-95% ทำให้เครื่องยนต์ยุค 2000 จาก 14 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง ลดลงเหลือ < 2 กรัม/กิโลวัตต์ชั่วโมง สำหรับซ็อกซ์ เครื่องฟอกแบบวงปิด กำจัด SO2 ได้ 98% แต่ต้องมีการจัดการโซดาไฟและตะกอน - เครื่องฟอกแบบวงเปิดถูกห้ามในท่าเรือ 80 แห่งทั่วโลก ณ ปี 2568

สำหรับฝุ่นละออง (PM) ตัวกรองอนุภาคดีเซล (DPF) ด้วยการฟื้นฟูที่ใช้งานเฉพาะกับเครื่องยนต์ที่มีเชื้อเพลิงกำมะถัน <0.5% เท่านั้น มิฉะนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดจากเชื้อเพลิง (FBCs) รวมกับอิมัลชั่นน้ำในเชื้อเพลิง ช่วยลด PM 50-60% ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม: การปรับปรุงเรือ RoPax จำนวน 12 ลำของ Stena Line ด้วย SCR DPF ลด NOx จาก 12.4 เป็น 1.8 g/kWh และ PM ลง 92% ในราคา 850,000 ยูโรต่อเครื่องยนต์ – 38% ของการติดตั้งเครื่องยนต์เชื้อเพลิงคู่ใหม่ .

• ระบบควบคุมเครื่องยนต์กะพริบอีกครั้ง – ปรับจังหวะการฉีดเพื่อลดการเกิด NOx (โดยทั่วไปจะหน่วงที่มุมข้อเหวี่ยง 2-4°)
• ชุดติดตั้งเพิ่มไทม์มิ่งวาล์วแปรผัน (VVT) – ลดอุณหภูมิสูงสุดของการเผาไหม้ ลด NOx ลง 15-20% โดยไม่ต้องบำบัดภายหลัง
• อัพเกรดคอมมอนเรลแรงดันสูง – ช่วยให้สามารถฉีดไพล็อตได้หลายครั้ง ลดเสียงรบกวนและ NOx ลง 30% ในขณะที่ลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลง 5-7%

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ที่มีอายุมากกว่า 25 ปีต้องเผชิญกับผลตอบแทนที่ลดลง เครื่องยนต์ความเร็วปานกลางปี ​​1995 หลังการปรับปรุง SCR ยังคงแสดงอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่สูงขึ้น 8% จากปีพื้นฐานปี 2020 ดังนั้นจึงอาจกำหนดขีดจำกัดการปฏิบัติงาน (เช่น โหลดสูงสุด 60%) เพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยไม่ใช้ยูเรียมากเกินไป

การเพิ่มประสิทธิภาพระบบขับเคลื่อนของเรือเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง: การแทรกแซงที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

การลดการใช้เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับตัวเรือ ใบพัด เครื่องยนต์ และมาตรการการปฏิบัติงาน การดำเนินการที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพียงอย่างเดียวคือการลดความเร็ว: การลดความเร็วจาก 24 นอตเหลือ 18 นอตจะลดกำลังที่ต้องการลง 58% (เนื่องจากกำลัง ∝ ความเร็ว³) สำหรับเรือคอนเทนเนอร์ขนาด 14,000 TEU สิ่งนี้จะช่วยประหยัดได้ น้ำมัน 80-100 ตันต่อวัน – มูลค่า $64,000 ต่อวัน ที่ $800/ตัน VLSFO

นอกเหนือจากความเร็วแล้ว การปรับปรุงเพิ่มเติม 5 รายการมีระยะเวลาคืนทุนไม่เกิน 3 ปี:

1. ครีบฝาครอบใบพัด (PBCF) – ลดการสูญเสียกระแสน้ำวนในฮับโดยประหยัดเชื้อเพลิง 2-4% ราคาประมาณ 20,000 เหรียญสหรัฐต่อใบพัด
2. สเตเตอร์แบบหมุนล่วงหน้าหรือท่อปรับสมดุลการปลุก – ปรับปรุงการไหลของน้ำเข้าสู่ใบพัด โดยทั่วไปประหยัด 4-7% (เช่น ท่อ Mewis ของ Mitsubishi)
3. ระบบหล่อลื่นด้วยลม (ALS) – ฉีดฟองอากาศใต้ตัวถัง ประหยัด 5-12% ที่ความเร็วการออกแบบ . Silverstream Technologies รายงานค่าเฉลี่ย 8.5% บนเรือ 25 ลำ
4. การต่ออายุการเคลือบตัวถังด้วยซิลิโคนที่ปล่อยคราบสกปรก – ลดความหยาบจาก 150 µm เป็น 30 µm ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง 6-10% สมัครทุกๆ 60 เดือน
5. ซอฟต์แวร์เพิ่มประสิทธิภาพการตัดแต่ง – การตัดแต่งไดนามิกแบบเรียลไทม์ช่วยลดความต้านทานลง 2-5% คืนทุนบ่อยครั้ง <6 เดือน

การเพิ่มประสิทธิภาพด้านเครื่องยนต์ ได้แก่ การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ (WHR) โดยใช้วงจรแรงคินออร์แกนิก (ORC) – ฟื้นฟูพลังงานไอเสีย 8-12% – และ การเสื่อมถอย (จำกัดกำลังสูงสุดด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์) เพื่อใช้งานเครื่องยนต์ด้วยภาระที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (โดยทั่วไปคือ 75-85% ของค่าที่ระบุ) การศึกษาในปี 2023 เกี่ยวกับผู้ให้บริการขนส่งสินค้าเทกอง 50 รายพบว่าการรวม ALS, PBCF, การเพิ่มประสิทธิภาพการตัดแต่ง และการลดเรตติ้ง 15% เข้าด้วยกัน ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงรวม 24-31% โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องยนต์หลัก .

มีการควบคุมมาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับอุปกรณ์ขนถ่ายสินค้าในท่าเรืออย่างไร

อุปกรณ์ขนถ่ายสินค้าที่ท่าเรือ (CHE) - รถไถสนาม รถยกสูง รถเครนยาง (RTG) และรถยก - ตกอยู่ภายใต้ เครื่องจักรเคลื่อนที่ที่ไม่ใช่ถนน (NRMM) กฎระเบียบ ไม่ใช่กฎ IMO ทางทะเล ในสหภาพยุโรป ด่านที่ 5 (กฎระเบียบ (EU) 2016/1628) ใช้ตั้งแต่ปี 2019 โดยจำกัด PM ที่ 0.015 g/kWh และ NOx ที่ 0.67 g/kWh สำหรับเครื่องยนต์ >56 kWh ในสหรัฐอเมริกา EPA ระดับ 4 รอบชิงชนะเลิศ (40 CFR ส่วนที่ 1,039) กำหนดให้ PM ≤0.02 g/kWh และ NOx ≤0.67 g/kWh สำหรับเครื่องยนต์ ≥56 kW โดยมีผลใช้บังคับอย่างสมบูรณ์ตั้งแต่ปี 2015

อย่างไรก็ตาม มีการนำพอร์ตต่างๆ มาใช้มากขึ้น กฎหมายท้องถิ่น “ท่าเรือสีเขียว” ที่เกินกว่ามาตรฐานแห่งชาติ ตัวอย่างเช่น แผนปฏิบัติการอากาศบริสุทธิ์ (CAAP) ของท่าเรือลอสแอนเจลิส กำหนดให้ต้องมี CHE ที่เป็นศูนย์ 100% ภายในปี 2573 โดยบังคับให้ผู้ปฏิบัติงานเปลี่ยนไปใช้หน่วยเซลล์เชื้อเพลิงแบบไฟฟ้าจากแบตเตอรี่หรือไฮโดรเจน ในปี 2025 RTG 42% ที่ POLA เป็นแบบไฟฟ้า โดยมีระบบคัดลอกหรือม้วนสายเคเบิล คณะกรรมการทรัพยากรทางอากาศแห่งแคลิฟอร์เนีย (CARB) บังคับใช้สิ่งเหล่านี้ผ่านทาง รายงานการดำเนินงานประจำเดือนและระบบเทเลเมติกส์ออนบอร์ด โดยมีค่าปรับสูงสุด 10,000 ดอลลาร์ต่อวันต่อหน่วยที่ไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนด

สำหรับ CHE ดีเซลที่มีอยู่ เส้นทางการปฏิบัติตามข้อกำหนดได้แก่: การเปลี่ยนเครื่องยนต์ ด้วยหน่วยที่ได้รับการรับรอง Stage V/Tier 4 (ราคา 30,000-$80,000) ชุดติดตั้งเพิ่มด้วย DOC DPF (ตัวกรองอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันดีเซล) สามารถลด PM ได้ถึง 90% หรือ เปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าลิเธียมไอออน – ซึ่งมีค่าใช้จ่ายล่วงหน้าสูงกว่า ($150,000 สำหรับการแปลงรถยกแบบเข้าถึงได้) แต่ลดต้นทุนการดำเนินงานลง 70% เนื่องจากใช้ไฟฟ้าเทียบกับดีเซล เจ้าหน้าที่ท่าเรือมักจะเสนอ สิ่งจูงใจเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ปล่อยมลพิษต่ำ : ตัวอย่างเช่น โครงการ A-Sub ของท่าเรือรอตเตอร์ดัม มอบเงินทุนร่วม 40% สำหรับการปรับปรุง CHE ที่ปล่อยก๊าซเป็นศูนย์