Αιολική ενέργεια πρόωσης πλοίου: μια οικολογική λύση στο πρόβλημα της απανθρακοποίησης – Ποιος είναι ο Ελληνας που από τη Φινλανδία…βάζει αέρα στα μηχανικά πανιά των πλοίων
Η ναυτιλία ευθύνεται παγκοσμίως για την ατμοσφαιρική ρύπανση με ποσοστό 2%-3% σε εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Ποσοστό σίγουρα μικρότερο από το 15% της επίγειας παραγωγής ενέργειας και το 12% των επίγειων μεταφορών. Την τελευταία πενταετία άρχισε η εφαρμογή μέτρων μείωσης των επιπέδων ρύπων αερίων του θερμοκηπίου για τα πλοία.
Ο Διεθνής Οργανισμός Ναυτιλίας (ΙΜΟ) έχει θεσπίσει από τις αρχές του 2013 συγκεκριμένους κανονισμούς σταδιακής αποκλιμάκωσης των εκπομπών CO2 για νεότευκτα πλοία άνω των 400 κόρων, αρχής γενομένης για όσα ναυπηγήθηκαν και παραδόθηκαν από το 2014 και μετά. Από τον Απρίλιο του 2018, δε, αποφάσισε την υιοθέτηση μακροχρόνιας στρατηγικής σταδιακής απανθρακοποίησης (decarbonization) των πλοίων, με ενδιάμεσα στάδια έως το 2050, όπου ο στόχος είναι να επέλθει μείωση 70% σε εκπομπές CO2 και 50% σε λοιπούς ρύπους αερίων θερμοκηπίου. Μέχρι το τέλος του 2020, ο ΙΜΟ έχει δεσμευτεί να αποφασίσει ποια συγκεκριμένα βραχυπρόθεσμα μέτρα θα ισχύσουν για την πρώτη φάση της στρατηγικής απανθρακοποίησης, ήτοι από το 2023, όπου και αναμένεται να αρχίσει η εφαρμογή των μέτρων και για υπάρχοντα πλοία και μέχρι το 2030. Οι μελλοντικές απαιτήσεις του ΙΜΟ έρχονται σε συνδυασμό με την πρόσφατη απόφαση της Ευρωπαϊκής Ενωσης να επιβάλει το σύστημα ETS -που εφαρμόζει για όλες τις βιομηχανίες συμπεριλαμβανομένου και της αεροπορικής- και στη ναυτιλία.
Πρόταση η οποία θα έρθει προς ψήφιση τον Σεπτέμβριο στο Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και θα αφορά όλους τους πλόες εντός των θαλάσσιων ορίων της Ε.Ε. για πλοία άνω των 5.000 κόρων. Πρόκειται για το Emissions Trading Scheme, το οποίο εφαρμόζεται ήδη στην επίγεια βιομηχανία. Οι βιομηχανίες που ρυπαίνουν πληρώνουν φόρο ή αν παίρνουν μέτρα και λειτουργούν κάτω από τα θεσμοθετημένα όρια, πουλάνε κουπόνια έκπτωσης φόρου που εκδίδει η Ε.Ε. σε άλλες βιομηχανίες που δεν έχουν επενδύσει σε αντίστοιχα μέτρα μείωσης εκπομπών ρύπων.
Τα μέτρα αναμένεται να επηρεάσουν πάνω από 4.000 ελληνόκτητα πλοία άνω των 400 κόρων, ιδιαίτερα εκείνα που έχουν ναυπηγηθεί πριν από το 2014 και θα πρέπει να βρουν τρόπους, είτε μέσω τεχνικών αναβαθμίσεων είτε μέσω επιχειρησιακών τροποποιήσεων, να μειώσουν τις εκπομπές ρύπων διοξειδίου του άνθρακα κατά τουλάχιστον 20%, ανάλογα με τον τύπο και μέγεθος του πλοίου, αρχής γενομένης από το 2023. Αναμένεται να ακολουθήσουν πρόσθετα μέτρα μείωσης από τον ΙΜΟ καθώς προχωράμε προς το 2030.
Ειδικότερα, συζητείται περαιτέρω μείωση της τάξεως του 40% μέχρι τότε. Οι ισορροπίες αλλάζουν αφού ο ανταγωνισμός θα είναι σκληρός. Το ερώτημα είναι πώς τα υπάρχοντα, πλήρως αξιόπλοα και εκμεταλλεύσιμα, πλοία ηλικίας από 6 έως 15 ετών θα ανταγωνιστούν τα εισερχόμενα νεότευκτα που θα έχουν ενεργειακές επιδόσεις κατά πολύ καλύτερες του 20% – προβλέπεται τα νεότευκτα να έχουν 30% μείωση CO2 από το 2025 και μετά σε σχέση με τα πλοία που ναυπηγήθηκαν πριν το 2014. Το πρόβλημα είναι σημαντικό και αναπόφευκτα πρέπει να αναζητηθούν μεγαλύτερες τεχνικές παρεμβάσεις οι οποίες θα πετυχαίνουν περισσότερο από 7%-10% μείωση των εκπομπών ρύπων CO2, χωρίς να χάνεται το εμπορικό πλεονέκτημα.
Το «business stories» μίλησε με τον κ. Κωνσταντίνο Φακιολά, ναυπηγό μηχανολόγο ΕΜΠ, ο οποίος ασχολείται επισταμένα από το 2014 με τις πρώτες κιόλας σύγχρονες εφαρμογές αιολικής ενέργειας στα πλοία. Εχει διεθνή δράση με έδρα το Τουρκού της Φιλανδίας και εκπονεί έρευνες αποδοτικότητας σε συνεργασία με αναγνωρισμένα ινστιτούτα του εξωτερικού.
Στη Φινλανδία μετέβη το 2012 ως διευθυντής Συμβάσεων σε εταιρεία σχεδιασμού και ναυπήγησης των πρώτων ενεργειακών πλοίων, των λεγόμενων eco-ships, τα οποία ναυπηγήθηκαν στην Κίνα και στην Κορέα από το 2013 και έπειτα. Μέχρι το 2017 ολοκλήρωσε και παρέδωσε 136 τέτοια πλοία σε πλοιοκτήτες -Ελληνες και ξένους- που επένδυσαν στα πρώτα eco φορτηγά ποντοπόρα πλοία. Τον Μάιο του 2020 εξέδωσε το πρώτο βιβλίο παγκοσμίως για την Αιολική Ενέργεια Βοηθητικής Πρόωσης στα πλοία με τίτλο «Wind Propulsion Principles».
Η μελέτη
«Από το 2012 συμμετέχω στη δημιουργία των πρώτων σχεδίων για φορτηγά πλοία ενεργειακής βελτιστοποίησης σύμφωνα με τον ΙΜΟ προς ναυπηγική υλοποίηση σε ναυπηγεία της Ασίας. Εχοντας ερευνητικό υπόβαθρο στην υδροδυναμική πλοίων, άρχισα να μελετώ τις αεροδυναμικές εφαρμογές μηχανικών συστημάτων αιολικής πρόωσης, όπως τους ρότορες (Flettner Rotors – κύλινδροι), τους aεροκίνητους aετούς (Airborne Kites) και τα wing sails», λέει και συνεχίζει:
«Εχοντας μόνιμη κατοικία στη Φινλανδία, το 2015 συνεργάστηκα -ως εξωτερικός συνεργάτης- με μια τότε start-up με έδρα το Ελσίνκι, ώστε να τη βοηθήσω να παρουσιάσουμε την τεχνολογία της σε διάφορες μεγάλες εταιρείες εμπορικού στόλου στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του κολοσσού AP Möller-Maersk στην Κοπεγχάγη. Οι συζητήσεις ήταν τελικά γόνιμες, καθώς το 2019 λειτούργησαν δύο ρότορες στο πρώτο Aframax Tanker παγκοσμίως. Επρόκειτο για πιλοτικό project που άνοιξε τον δρόμο στην έρευνα για την αποδοχή της αιολικής ενέργειας πρόωσης σε κλασικού τύπου εμπορικά πλοία».
Εναν χρόνο πριν, το 2018, ένα ελληνόκτητο φορτηγό πλοίο, χωρητικότητας 56.000 dwt, έγινε το πρώτο πρώτο παγκοσμίως φορτηγό ξηρού φορτίου χύδην που δοκιμάζει ρότορες. Πρόκειται για το φορτηγό M/V «Afros», συνολικής χωρητικότητας 64.000 dwt. Το διαχειρίζεται η Blue Planet Shipping, ελληνική διαχειρίστρια ναυτιλιακή εταιρεία με έδρα τον Πειραιά.
«Υπάρχουν κι άλλοι Ελληνες πλοιοκτήτες που συζητούν τη δυνατότητα αναβαθμίσεων με τεχνολογίες αιολικής ενέργειας πρόωσης, ενώ ερευνούν τη δυνατότητα να συμπεριλάβουν τέτοιες τεχνολογίες και νεότευκτα πλοία», αποκαλύπτει ο κ. Φακιολάς.
Στο άκουσμα της προοπτικής να επανέλθει η αιολική ενέργεια για την πρόωση φορτηγών φορτίου χύδην, πετρελαιοφόρων και πλοίων μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων οι περισσότεροι σκέφτονται μεγάλου μεγέθους λευκά πανιά και ιστία να καλύπτουν το κατάστρωμα, όπως τα παλιά τα χρόνια. Ομως η πραγματικότητα είναι πιο… «εύχρηστη».
«Οταν μιλάμε για εκμετάλλευση αιολικής ενέργειας πρόωσης στα πλοία στους μοντέρνους καιρούς που ζούμε δεν μιλάμε πια για κλασικού τύπου πανιά και ιστία, όπως βλέπουμε σε μεγάλα ιστιοπλοϊκά του παρελθόντος ή σε μεγάλα γιοτ. Σήμερα μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα λεγόμενα μηχανικά ιστία ή “Ιπτάμενοι Αετοί”, τα οποία είναι μηχανικά συστήματα που τεχνηέντως εκμεταλλεύονται τη δύναμη του ανέμου προσφέροντας πολλαπλού βαθμού αποδοτικότητα σε σχέση με το μέγεθός τους, το οποίο είναι αρκετά μικρότερο από τα κλασικά πανιά, ώστε να μην επηρεάζουν τις λειτουργίες φορτω-εκφόρτωσης σε ένα εμπορικό πλοίο. Τα μηχανικά συστήματα αιολικής πρόωσης καταλαμβάνουν πολύ μικρότερο χώρο στο κατάστρωμα, είναι αυτόματης λειτουργίας και προσφέρουν έως και υπερδεκαπλάσια αποδοτικότητα σε σχέση με τα κλασσικά πανιά», τονίζει ο κ. Φακιολάς. Παρ’ όλα αυτά εγείρονται διάφορα ζητήματα που σχετίζονται με την ετήσια παραγωγή ενέργειας τούτων των τεχνολογιών. Η ωκεάνια και παράκτια αιολική ενέργεια είναι μεν διαθέσιμη ανά πάσα στιγμή, αλλά με χρονικά μεταβαλλόμενη ένταση και κατεύθυνση. Επιπροσθέτως, η συντριπτική πλειονότητα των ποντοπόρων εμπορικών πλοίων δεν έχει σχεδιαστεί και ναυπηγηθεί εξαρχής με τρόπο ώστε να μπορούν να παραλαμβάνουν αεροδυναμικές δυνάμεις από αιολικά συστήματα και να αποδίδουν βέλτιστη πρόωση σε αρμονία με την προβλεπόμενη υδροδυναμική τους επίδοση.
«Είναι ακριβώς το πρόβλημα αυτό που μελετάμε ως ερευνητές με παγκόσμιας συμμετοχής projects, στα οποία έχω την τύχη να συμμετέχω. Αναπτύσσουμε επιστημονικά έγκυρες μεθόδους πρόβλεψης ολιστικής συμπεριφοράς και αποδοτικότητας των ποντοπόρων εμπορικών πλοίων σε συνδυασμό με το κάθε σύστημα αιολικής ενέργειας. Μελετάμε τον συγκεκριμένο τύπο πλοίου, ποια είναι η βέλτιστη διάταξη κάθε μονάδας αιολικής πρόωσης στο κατάστρωμα, υπολογίζουμε τη συνολική επίδραση στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών ρύπων του πλοίου, λαμβάνουμε υπόψη τη χρονική περιοδικότητα των ανέμων σε παγκόσμιους εμπορικούς πλόες και τελικά παρέχουμε ένα σημαντικότατο επενδυτικό εργαλείο στους πλοιοκτήτες ώστε να έχουν σωστή και πληρέστερη πληροφόρηση όταν θα κληθούν να αποφασίσουν με ποιον βέλτιστο τρόπο μπορούν να εκμεταλλευθούν την αιολική ενέργεια πρόωσης στα πλοία τους»,επισημαίνει ο κ. Φακιολάς.
Οι προοπτικές
Σήμερα υπάρχουν παγκοσμίως περί τα 15 περίπου εν λειτουργία εμπορικά πλοία που έχουν εγκαταστήσει, χρησιμοποιούν ή δοκιμάζουν μοντέρνου τύπου μηχανικά αιολικά συστήματα πρόωσης. «Υπάρχουν τρέχοντα projects υπό υλοποίηση και έναρξη που αναμένονται να ανεβάσουν τον αριθμό σε πάνω από 30 πλοία μέχρι τις αρχές του 2021, ενώ όταν επικυρωθούν οι αποφάσεις του ΙΜΟ για τα βραχυπρόθεσμα μέτρα μείωσης των εκπομπών ρύπων της περιόδου 2023-2030, ως αναμένεται μέχρι το τέλος του 2020, προβλέπεται σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος για τις δυνατότητες που προσφέρει η σύγχρονη αιολική ενέργεια στα πλοία», λέει ο κ. Φακιολάς. H αναβάθμιση υπαρχόντων ποντοπόρων εμπορικών πλοίων με αιολικά συστήματα είναι κοστοβόρα – υπολογίζεται -με τρέχουσες τιμές- σε ένα εύρος συνολικού κόστους 1-2,5 εκατ. δολαρίων ανάλογα με το μέγεθος του πλοίου, το σύστημα που θα επιλεχθεί και τη διάταξή του στο κατάστρωμα.
«Το κόστος κεφαλαίου της επένδυσης είναι ακόμα υψηλό, παρότι το λειτουργικό είναι αρκετά χαμηλό, εφόσον τα αιολικά συστήματα δεν καταναλώνουν καύσιμα, δεν έχουν αναλώσιμα, ενώ η ετήσια συντήρησή τους είναι σε σχετικά χαμηλά επίπεδα. Ανάλογα με τη βέλτιστη διάταξη που θα μελετηθεί και θα επιλεγεί προς εγκατάσταση, το είδος του πλοίου και τη συχνότητα εμπορικής του χρήσης, η παρούσα απόδοση της επένδυσης -το λεγόμενο ROI- κυμαίνεται από 6 έως 10 χρόνια. Αυτό θα μειωθεί περαιτέρω τα ερχόμενα 2-3 χρόνια, όσο το κόστος παραγωγής τέτοιων συστημάτων βαίνει μειούμενο και όσο χρησιμοποιούνται τεχνικές λειτουργικής βελτιστοποίησης κατά την καθημερινή χρήση», εξηγεί ο κ. Φακιολάς.
Τα μεγαλύτερα κίνητρα για μια τέτοια αναβάθμιση, στην παρούσα φάση, είναι η συμμόρφωση με τους κανονισμούς του ΙΜΟ, η ωφέλεια σε μικρότερη κατανάλωση πετρελαίου του πλοίου και κόστους ταξιδιού, η μείωση εκπομπών ρύπων CO2, NOx, SOx και αερίων θερμοκηπίου και η προσφορά ενός περιβαλλοντικού πλοίου σε ποιοτικούς ναυλωτές που αρχίζουν να στρέφονται περισσότερο στην αναζήτηση τέτοιων ποιοτικών πλοίων προς εκμετάλλευση.
«Τα μοντέρνα αιολικά συστήματα βοηθητικής πρόωσης για τα πλοία είναι διαθέσιμα και λειτουργικά εδώ και τώρα. Τα εναλλακτικά καύσιμα τύπου φυσικού αερίου, προπανίου, αμμωνίας, μεθανόλης και υδρογόνου, τα οποία έχουν λιγότερες εκπομπές ρύπων ανά γραμμάριο καύσης, απαιτούν πολύ μεγάλο κόστος αναβάθμισης, δεν έχουν ακόμα την απαιτούμενη και αναγκαία υποδομή σε σημεία διανομής ανά τα λιμάνια του κόσμου και -με εξαίρεση το φυσικό αέριο και τα βιοκαύσιμα- τα περισσότερα έχουν ακόμα αρκετό λειτουργικό ρίσκο εφόσον δεν έχουν εφαρμοστεί σε ικανοποιητική κλίμακα. Για τα βραχυπρόθεσμα μέτρα του ΙΜΟ υπάρχουν πολύ λίγες πρακτικές λύσεις, μικρού κόστους, προς άμεση συμμόρφωση», καταλήγει ο κ. Φακιολάς.
Για την απόφασή του να ξενιτευτεί στη Φιλανδία λέει: «Από το 2018 είμαι εκτελεστικός διευθυντής σε εταιρεία που εστιάζει σε ναυπηγήσεις και αναβαθμίσεις πλοίων με βάση την ενεργειακή απόδοση, μεγάλο κομμάτι της οποίας θα είναι η αιολική ενέργεια λόγω της πολυετούς ενασχόλησης με το αντικείμενο. Πήγα στη Φιλανδία το 2012 και έμεινα εκεί. Ο λόγος είναι ότι η συγκεκριμένη χώρα παρέχει πρόσβαση σε κατάλληλες συνθήκες για καινοτομίες που αφορούν ναυτικές τεχνολογίες, στην ευρύτερη Βόρεια Ευρώπη και Σκανδιναβία, οπότε προτίμησα να παραμείνω. Στην Ελλάδα έχω πολύ συχνή επαγγελματική δραστηριότητα, όχι ακόμα με φυσική έδρα, αλλά αυτό είναι στα άμεσα μελλοντικά σχέδιά μου. Συνεργάζομαι με το σύνολο των ναυτιλιακών εταιρειών πολλά χρόνια».
