Technology

Operazione mari puliti

 By Nicholas Newman

“Solcare il mare” è un’idea che suscita immagini di onde scintillanti, di venti e cieli limpidi, ma qual è la realtà della navigazione oggi? Il riconoscimento dell’impatto ambientale e l’inquinamento prodotto dal carburante tradizionale ha stimolato ingegneri e operatori a cercare nuovi mezzi di propulsione per navi e petroliere. Tra le principali alternative c’è, in primis, il Gas Naturale Liquefatto (LNG); poi la tecnologia ibrida che si serve dell’energia delle batterie e infine il “Cold ironing”, con le navi in porto alimentate per la potenza elettrica necessaria direttamente dalla banchina…

(Foto di copertina tratta da www.overhorizon.it)

“Solcare il mare” è un’idea che suscita immagini di onde scintillanti, di venti e di cieli limpidi, ma qual è la realtà della navigazione oggi? Per la International Chamber of Shipping, circa 90% degli scambi commerciali mondiali avviene grazie a 50.000 navi che sono alimentate da carburante per la navigazione esentasse ma anche molto inquinante, secondo il report di Euroactive.

Il costo economico dell’uso di questo carburante è stato calcolato da Lief Miller, CEO della ONG Naturschutzbund Deutschland e.V. Secondo Miller “il carburante marino è 2.700 volte più sporco del diesel su strada. Peccato che ogni anno in Europa vengono pagati 35 miliardi di euro di tassa sui carburanti per il trasporto su gomma, mentre il trasporto marittimo usa carburante tax free”.

Il costo sociale per gli Europei che pagano le tasse è anche maggiore se si considerano i 58 miliardi di euro spesi ogni anno per curare i pazienti che soffrono a causa dell’inquinamento, sempre secondo Euroactive.

La risposta a questa e ad altre realtà probanti è stata l’imposizione nel 2013 delle Aree di controllo delle emissioni ovvero le Emission Control Areas (ECA) che richiedono che le navi usino carburanti ecologici a basso contenuto di zolfo nel Nord America e nelle acque territoriali europee, anche se carburanti più pesanti e più economici vengono tuttora utilizzati in mare aperto e negli oceani. Il riconoscimento dell’impatto ambientale della navigazione ha stimolato ingegneri e operatori a cercare nuovi mezzi di propulsione per navi e petroliere. Oltre alla ricerca, vengono anche adottate soluzioni come l’uso di materiali alternativi o la riprogrammazione ingegneristica delle vele attraverso strumenti tecnologici moderni.

Tra le alternative ci sono, in primis, i gas naturali liquidi (LNG); in secundis, la tecnologia ibrida che si serve dell’energia di batterie; da ultimo, il “Cold ironing” dove le navi in porto sono a motori spenti ma alimentate per la potenza elettrica necessaria dalla banchina.

Le rotte dello shipping mondiale nella mappa interattiva di Vox

CatturaUTRE

La crescita dei LNG

Per molti anni le petroliere a LNG hanno usato una parte della loro capacità di carico per il carburante. Di conseguenza il gas naturale liquefatto viene ora usato come fonte di carburante su navi da trasporto. “Attualmente ci sono 75 navi a LNG operative, più altre 85 in fase di costruzione”, osserva Gerd-Michael Würsig, Business Director della DNV GL LNG-fueled Ships. Tra i mezzi operativi ci sono traghetti, imbarcazioni di pattugliamento e di navigazione costiera, ma anche le grandi navi container e le navi da carico potrebbero essere un’opzione percorribile.

“DNV GL si aspetta che circa 600 imbarcazioni siano operative con LNG nel 2020”, prosegue Würsig. Molte di queste circoleranno in Nord America e nelle acque europee. Ad esempio la Eidesvik Offshore ASA, con sede in Norvegia, gestisce 5 navi LNG che operano nelle piattaforme petrolifere del Mare del nord. Solo negli USA due nuove navi container, ciascuna lunga 232 m, sono state varate lo scorso anno. L’armatore, ossia la compagnia di navigazione TOTE Services del New Jersey, le ha piazzate a Jacksonville, in Florida e a San Juan, sulla rotta per Puerto Rico. Paragonate alle navi alimentate in modo convenzionale, in realtà sono tra le più pulite al mondo, con un basso consumo di carburante e una riduzione delle emissioni di zolfo del 97%.

Come carburante marittimo il LNG soddisfa molte delle richieste attuali e future in termini di contenimento e riduzione delle emissioni nocive (SOx, NOx, PM, CO2) sia in porto che in mare aperto. Inoltre, nuove fonti per la fornitura di LNG si stanno aprendo in Australia, Africa e Nord America, e anche a livello di sicurezza questo tipo di alimentazione ha un buon risultato. Anche se non mancano risvolti negativi nell’uso del gas liquido come carburante marittimo; in particolare le emissioni di metano che rischiano di “sostituire una problematica ambientale con un’altra”, come spiega Steve Allum, consulente per la Renaissance Risk. Poiché il LNG ha minor densità energetica del petrolio, Allum suggerisce che una nave alimentata a LNG “è meno probabile che venga usata per viaggi lunghi”.

Viking Energy

Nodi aperti

“La principale sfida per l’investimento in LNG quale carburante per navi sta nella mancanza di standard operativi comuni e nei limiti economici legati al mercato”, afferma Würsig. Ci sono, prima di tutto, questioni pratiche e di progettazione da definire, compreso l’accordo sulla distanza minima di sicurezza tra il serbatoio e la scocca esterna della nave in caso di collisione e se il serbatoio di LNG possa essere posizionato in tutta sicurezza sotto gli alloggi dell’equipaggio e dei passeggeri.

Quest’ultima considerazione è importante per le navi da crociera, suggerisce il DNV GL Group. Alla International Maritime Organisation (IMO) la sottocommissione sui gas liquidi da carico sta proprio lavorando all’aggiornamento dei codici internazionali per la sicurezza delle navi a gas. Quando saranno completate le ricerche, i risultati dovrebbero fornire una utile guida alla progettazione delle future navi alimentate a LNG.

I costi di finanziamento e di costruzione inoltre si sono rivelati come un limite importante nell’adozione di navi a LNG che possono essere almeno da 10 al 25% più care da costruire rispetto a navi simili ma alimentate a petrolio poiché “è necessario un serbatoio stagno e questo alza il prezzo”, calcola Anders Mikkelsen, direttore di business development for maritime advisory alla DNV GL a Oslo. Questo significa che ci vorranno da 5 a 8 anni per recuperare i costi di costruzione.

Attualmente, gli operatori di navi alimentate a LNG devono affrontare molte sfide, tra cui un’inadeguata rete globale di servizi di bunkeraggio e rifornimento. Nel 2014 c’erano solo 22 stazioni operative in tutto il mondo: 15 situate nei porti europei, 4 nel Nord America e solo 3 nell’intero Estremo Oriente. In Europa la Ue sta sostenendo la costruzione di almeno 139 porti marittimi e interni con stazioni di rifornimento di LNG, che dovrebbero essere completati entro il 2020.

Al di fuori dell’Europa ci sono progetti per la costruzione di almeno 50 punti di rifornimento, molti dei quali dovrebbero essere costruiti in Cina, Corea del Sud e Giappone. Continua Gerd-Michael Würsig: “A lungo termine, una nuova capacità di liquefazione negli USA e in Australia aumenterà la disponibilità di LNG del 30%, facendo crollare il prezzo nei prossimi 4 anni”.

E’ probabile che ci sia una maggior pressione sugli operatori di navi perché adottino una tecnologia con carburante più pulito quando l’Unione Europea aggiungerà le acque costiere dei suoi stati mediterranei all’area attuale di controllo ambientale (ECA, ovvero Environment Control Areas ). Entro il 2020, la ECA dell’Ue arriverà fino al Mar Baltico, al Mare del Nord, alla Manica e al Mediterraneo settentrionale.

Il porto di Rotterdam è l'hub europeo per il gas naturale liquefatto

Navi ibride

Si vedono frequentemente autobus e camion ibridi su strada nonché tram e treni ibridi su rotaia, ora è arrivato il turno del settore navale di adottare sistemi di propulsione ibrida che impieghino batterie insieme ai motori convenzionali a diesel o benzina. “Le batterie ottimizzano l’operazione di combustione interna, il che significa ridurre il consumo di carburante, le emissioni di gas e particelle ad effetto serra e, non da ultimo, migliorare l’affidabilità di potenza”, spiega Anders Valland, Research Manager alla MARINTEK.

Oltre a permettere considerevoli risparmi nel consumo di carburante e nelle emissioni, la riduzione di dimensione dei motori ibridi fa spazio per ulteriore carico, equipaggio o passeggeri.

Gli esperti del settore prevedono che la capacità delle batterie raddoppierà entro il 2020 senza che ci sia un corrispondente aumento di costi. Questo incentiva la produzione su larga scala di auto ibride con batterie elettriche e supporta la fiducia che il costruttore di motori per imbarcazioni ABB ripone nel potenziale di mercato per navi elettriche e ibrido-elettriche in un futuro prossimo.

Un’alternativa al formato ibrido è data dalla turbina a gas LM2500+G4 di GE, trasmissione ibrido-elettrica a prova di shock MV3000 ed una rete di motori elettrici, in sostanza una turbina a gas con sistema di propulsione ibrido-elettrico. Questo tipo di motore è stato installato sui Pattugliatori Polivalenti d’Altura (PPA), destinati alla Marina italiana e costruiti dalla Fincantieri presso i cantieri navali integrati di Riva Trigoso e Muggiano. Secondo la Fincantieri la nave sarà lunga 129m e porterà 90 membri di equipaggio con una capacità ricettiva che arriva fino a 171 persone.

Navi alimentate a batteria

Degli onnipresenti traghetti e rimorchiatori che si incrociano nei porti dell’Europa del nord, pochi sono principalmente alimentati a batteria e a generatori diesel per caricare le batterie quando sono in porto e per avere ulteriore potenza nei momenti di picco. Il Nordzee, il primo di tre imbarcazioni ibride da rimorchio ASD TUG 2810 fornito dalla Damen, è stato da poco consegnato alla Royal Netherlands Navy (RNLN) al porto di Den Helder in Olanda. Con due unità propellenti al timone, il Noordzee può navigare con la sola energia elettrica per mezzo della potenza combinata delle sue batterie e dell’energia generata dall’unità del generatore elettrico-diesel. Un’altra casa che ha già adottato il sistema è la Marina svedese che ha ordinato alla Damen 3 rimorchiatori con una concezione simile, secondo le informazioni di Electricandhybridmarineworldexpo.com.

Facendo un passo avanti, la Ampere, il primo traghetto auto e passeggeri al mondo a emissioni zero in quanto totalmente elettrico perché alimentato a batterie, opera tra i porti della Norvegia sud-occidentale. La azienda idraulica locale Norled e l’azienda tecnologica tedesca Siemens hanno installato tre unità di batterie equivalenti a 4.800 batterie standard per auto, a una batteria agli ioni di litio sul traghetto e su ognuno dei pontili di attracco, in modo che l’imbarcazione possa essere ricaricata in 10 minuti prima di riprendere il mare. Ed è un sistema molto economico: secondo la Siemens il traghetto usa 150 kWh per tratta, che equivale al consumo elettrico di tre giorni di una famiglia media norvegese, e può trasportare 120 auto e fino a 360 passeggeri alla velocità massima di 10 nodi.

“Cold Ironing”

Il “cold ironing” permette ad una nave o ad una chiatta di tenere i motori spenti in porto e di usare la potenza elettrica fornita da una cavo da riva per far funzionare i suoi sistemi essenziali come il riscaldamento, le luci e le attrezzature. Sostituendo l’elettricità al diesel o alla benzina quando in porto, il “cold ironing” ne elimina le emissioni dannose. Iniziato nei porti europei e nordamericani, come Rotterdam e Los Angeles, l’uso del “cold ironing” si sta diffondendo in altri porti nel mondo.

Ad oggi l’adozione di tecnologie di carburante alternativo è andata a rilento e la cosa non sorprende dati i problemi di costi, le questioni di tecnologia e sicurezza, specialmente in un tempo in cui i prezzi dei carburanti tradizionali sono scesi e il mercato dei trasporti è depresso. Tuttavia, l’accordo mondiale per ridurre le emissioni dovrebbe puntare il timone dell’innovazione verso motori per navi più ecologici. I mari torneranno così a scintillare e i venti saranno puliti…

informazioni sull'autore
Nicholas Newman