Dlaczego potrzebujemy statków elektrycznych?
Raport Konferencji Narodów Zjednoczonych ds. Handlu i Rozwoju informuje, że statki transportują około 80 procent światowych towarów. Prognozuje się, że transport przez oceany będzie nadal wzrastał w nadchodzących latach – w 2022 r. wzrósł o 3,8% w stosunku do roku poprzedniego. Problemem jest to, że statki emitują ogromne ilości spalin, takich jak tlenek siarki, tlenek azotu, cząsteczki sadzy i drobne pyłki, a także dwutlenek węgla. Eksperci rynkowi z IDTechEx One obliczyli, że pojedynczy, duży statek emituje tyle CO2, co 70 000 samochodów, tyle tlenku azotu, co 2 miliony samochodów, oraz tyle pyłków drobnych i cząsteczek rakotwórczych, co 2,5 miliona samochodów. Żegluga odpowiada za 18-30% globalnej emisji tlenku azotu. Ze względu na to, statki są jednymi z najpoważniejszych źródeł zanieczyszczeń we wszystkich miastach i krajach z rozwiniętą gospodarką morską.
Do napędzania statków, zarówno tych przewożących kontenery i pasażerów, jak i tankowców, zużywane są ogromne ilości oleju napędowego. Rocznie 90 000 statków na całym świecie spala aż 370 milionów ton paliwa, co skutkuje emisją 20 milionów ton tlenku siarki. Skutki emisji spalin są katastrofalne dla klimatu i oceanów, co niesie ze sobą zagrożenia dla zdrowia, od astmy u dzieci po skrócenie długości życia. Dalsze używanie konwencjonalnych źródeł energii pogorszy problem zanieczyszczenia powietrza. Do roku 2050 emisje mogą wzrosnąć nawet o 250 procent w najgorszym przypadku, co narazi na ryzyko cele Porozumienia Paryskiego, które zakładają ograniczenie globalnego ocieplenia poniżej dwóch procent. Badania przeprowadzone przez Parlament Europejski prognozują, że żegluga będzie odpowiadać za blisko piątą część globalnych emisji CO2 do tego czasu.
Technologia elektryczna jest obecna na morzu od lat
Wzmianki o pierwszym statku elektrycznym pojawiły się już niespełna 200 lat temu. Pionierski okręt tego typu testowany w Petersburgu w roku 1839. Pół wieku później w 1886 roku, firma Siemens&Halske testowała swoją elektryczną maszynę, którą nazwali „Elektra”. Berlińskie władze miasta chciały ją wykorzystać jako jedną z form transportu miejskiego – na pokładzie było miejsce dla 25 osób, a statek rozpędzał się do 14 km/h, jednakże cała konstrukcja okazała się zbyt ciężka ze względu na baterie, prac nie kontynuowano. Po 25 latach Siemens stworzył kolejny statek elektryczny – „Akkumulator”, który testowano na jednym z bawarskich jezior. Mógł on zabrać na pokład 38 pasażerów i dysponował imponującym zasięgiem do 100 km. Projekt okazał się sukcesem, a elektryczne statki dalej pływają po jeziorze Konigsee w Niemczech.
Wróćmy jednak do współczesności, albowiem również w ostatnich latach coraz więcej statków doświadcza częściowej zelektryfikowanej technologii: obecnie 80 procent statków oceanicznych korzysta z układu napędowego diesel-elektryka. Energia elektryczna wytwarzana przez generatory diesla jest następnie wykorzystywana do napędzania silnika elektrycznego, który z kolei porusza śrubę statku. Takie rozwiązanie przynosi szereg korzyści, między innymi umożliwia oszczędności paliwa sięgające od pięciu do 20 procent. Ponadto, maszyny elektryczne składają się z mniejszej liczby komponentów, co sprawia, że są mniej narażone na awarie i zużywają się wolniej, co przekłada się na mniejsze straty energii i wyższą wydajność. Niemniej jednak, obecne rozwiązania nie są jeszcze hybrydowe w pełnym tego słowa znaczeniu. To staje się możliwe dopiero wtedy, gdy statek może poruszać się bez korzystania z silników wysokoprężnych, przynajmniej przez pewien czas, a wówczas energia jest pozyskiwana z akumulatorów na pokładzie. W przyszłości istnieje również możliwość zasilania silnika elektrycznego energią pochodzącą z różnych źródeł, takich jak akumulatory, skroplony gaz ziemny (LNG) lub energia słoneczna.
Czym różni się statek elektryczny od tradycyjnego?
Statek elektryczny a statek napędzany konwencjonalnymi metodami, zazwyczaj różnią się wyłącznie sposobem, w jaki generowana jest i wykorzystywana energia do napędu. Statek elektryczny korzysta z elektrycznych silników, które są zasilane z reguły energią wyprodukowaną przez generatory na pokładzie lub z zewnętrznych źródeł, takich jak sieć lądowa, panele fotowoltaiczne (w najbliższej przyszłości) lub akumulatory. Istotną cechą statków elektrycznych jest ich potencjał do integracji z odnawialnymi źródłami energii, takimi jak energia słoneczna lub wiatrowa. Tradycyjny statek wykorzystuje silniki spalinowe do napędu śruby lub innych układów napędowych. Silniki te działają na różne rodzaje paliw, takie jak olej napędowy, paliwo gazowe (LNG) lub paliwa alternatywne, takie jak biopaliwa.
Rynek statków elektrycznych
„Rynek statków elektrycznych ma wzrosnąć z 3,2 mld EUR w 2022 roku do 14,2 mld EUR do 2030 roku. Ta ekspansja rynkowa jest napędzana rosnącym popytem na statki hybrydowe i w pełni elektryczne, takie jak promy, jachty, statki wycieczkowe, kontenerowce i statki towarowe. Kluczowe czynniki przyczyniające się do tego wzrostu obejmują potrzebę ograniczenia emisji dwutlenku węgla, dążenie do bezemisyjnych systemów transportu oraz postępy w systemach magazynowania energii, takich jak akumulatory litowo-jonowe. Europa dominuje obecnie na rynku.” – podaje Innovation Origins.
Natomiast według raportu „Electric Ship Market by Type – Global Forecast to 2030” rynek statków elektrycznych na świecie wzrośnie z 4,7 mld USD w 2021 r. do 16,2 mld USD do 2030 r., przy rocznej dynamice wynoszącej 14,9% w latach 2021–2030. Niezależnie, któremu raportowi zaufamy, kwoty są podobne, a tempo wzrostu imponujące.
Obecnie największy popyt na rynku elektrycznych statków, dotyczy promów pasażerskich o średniej mocy 75-150 kW. Najczęściej są one używane w turystyce, w nadmorskich miejscowościach oraz w miastach z dostępem do rzeki lub zbiornika wodnego, gdzie pełnią nie tylko rolę atrakcji turystycznej, ale też środka transportu publicznego. Dla w pełni elektrycznych, zeromisyjnych promów tego typu najlepszym rozwiązaniem są baterie litowo-jonowe, co sprawia, że zapotrzebowanie na te komponenty, a także na inne elementy osprzętu, będzie coraz większe. W produkcji takich promów dobrze radzą sobie Polacy – niektóre tramwaje wodne używane w Kopenhadze, były zamówione w polskiej stoczni w Kędzierzynie-Koźlu. Prym w budowie statków elektrycznych w Europie wiodą kraje skandynawskie: Norwegia, Finlandia i Dania.
Pierwszy elektryczny kontenerowiec
W lipcu 2023 r. w Chinach zwodowano dwa, do tej pory największe, statki cargo na świecie. Budowę rozpoczęto w marcu 2022 roku, a zakończono w maju ubiegłego roku. Stworzone na zlecenie COSCO Shipping statki, są napędzane dwoma silnikami elektrycznymi o mocy 900 kW, zasilane 24 wymiennymi akumulatorami o pojemności 50,000 kWh w kontenerze 20-stopowym. Dzięki nim nie muszą one czekać na ładowanie w porcie, co znacząco skraca ich postój i zwiększa wydajność. Na jednym zestawie w pełni naładowanych akumulatorów mogą one pokonać około 600 mil morskich. Ich wpływ na środowisko jest imponujący, albowiem w czasie 24-godzinnego rejsu emitują o 35 ton CO2 mniej niż tradycyjny statek napędzany silnikiem wysokoprężnym. Wymiary statków prezentują się następująco: długość – 120 metrów, szerokość – 23,6 metra, ważą 10 000 ton. COSCO Shipping Green Water 01 i 02, albowiem tak je nazwano, będą pływać po rzece Jangcy, dającej pożywienie i pracę 60 mln ludzi. Jest to istotny element sieci elektryfikującej jedną z największych delt rzecznych na świecie.
Norwegowie poszli jednak o krok dalej – stworzyli pierwszy na świecie elektryczny i autonomiczny statek towarowy. Nazywa się Yara Birkeland, ma 80 metrów długości i jest zasilany akumulatorami o pojemności 6,8 mWh. Osiem baterii zostało wmontowanych w miejscu tradycyjnej maszynowni. Jego wyporność to 3200 ton przy maksymalnej prędkości 15 węzłów (28 km/h). Został określony mianem „morskiej Tesli” i pokazuje jak fascynująca i rewolucyjna technologia powstaje dookoła nas, a większość z nas nie ma o tym pojęcia. Co więcej jest to bardzo sprawnie postępująca rewolucja, dotycząca kluczowej dziedziny światowej gospodarki, która odpowiada za znaczną część emisji spalin.
Do 2030 r. norweska żegluga zmniejszy emisję CO2 o połowę w porównaniu do poziomów z 2005 r. Będzie to wymagać uzupełnienia tamtejszej floty o 700 nowych, niskoemisyjnych i 400 zeroemisyjnych jednostek.
Morska transformacja napędowa dotyka nie tylko statków towarowych. W zeszłym roku np. do portu w Oslo trafił holownik ElectRA 2200SX, który ma ponad 22 metry i 45 ton uciągu na palu. Zostanie też wyposażony w baterię o mocy 1718 kWh. Sześć podobnych, ale mocniejszych jednostek, trafi do Kanady.
Wodór też na wodzie
Wraz z napędami elektrycznym (podobnie jak w przypadku aut), również w żegludze rozwija się technologia wodorowa. Jeden z przykładów? Dwa długie na 135 metrów kontenerowce mają pływać w barwach Samskip między Rotterdamem a portem w Oslo. To jedne z pierwszych tego typu jednostek na świecie, które będą napędzane energią z wodorowych ogniw paliwowych. To też znak czasów. Niderlandy są w stosunkowo wąskim gronie kilkunastu państw świata, których flota morska generuje ponad 1 milion ton ekwiwalentu CO2 w skali miesiąca.
Wodór w żegludze, to temat ważny, który rozwiniemy w jednym z najbliższych wydań naszego Magazynu.
Autor: Maksym Berger
