البحث البحري عن الكأس المقدسة للطاقة البديلة

حقوق الطبع والنشر محفوظة لشركة STOCK STUDIO/AdobeStock

لقد عمل قطاع النقل البحري بمصدر وقود واحد لأكثر من قرن، ومع الإسراع في تلبية معايير الانبعاثات في الأسواق المحلية والأجنبية، سيُواجه التكيف مع القائمة الحالية لأنواع الوقود البديلة تحديات كبيرة. لكل سوق مشاكله، سواءً في المياه الزرقاء أو البنية، أو الساحلية، أو الأجنبية أو المحلية.

اختر أيًا من أحواض بناء السفن الكبرى في العالم وسيتضمن التصميم الأساسي للسفينة ذات المياه الزرقاء محرك احتراق كبير ثنائي الأشواط.

إن إزالة نظام الدفع الفردي هذا من بناء السفن الحالي لتلبية معايير الانبعاثات سيكون مدمراً لربحية أحواض بناء السفن.
أولاً، علينا أن ندرك أن الإطار الزمني الحالي للانبعاثات لن يتم الوفاء به وأن أوامر السفن الثانية ستستمر في تضمين هذا النوع من الدفع حتى المستقبل القريب.

يعود نقاش تغير المناخ وانبعاثات السفن إلى عام ٢٠١٢، مع تحليلٍ للأمونيا كوقودٍ عسكري. عرّف الدكتور ويليام أهلغرين التحول عن الوقود الأحفوري بأنه "استراتيجية الوقود المزدوج". وربط التحليل مصادر طاقة الوقود الأحفوري بالطاقة الكهربائية، وقدم البحث ثلاث استراتيجيات لمستقبل الطاقة البديلة:

• اقتصاد الهيدروجين الذي يجمع بين الطاقة الكهربائية ووقود الهيدروجين،
• الاقتصاد الكهربائي الكامل، و
• استراتيجية الوقود المزدوج التي تسمح بإدخال مصادر الطاقة المتجددة السائلة.

استندت "استراتيجية الوقود المزدوج" إلى قدرة الأمونيا السائلة أو الميثانول على التوافق مع البنية التحتية الحالية للطاقة. تبنى قطاع بناء السفن هذا المفهوم، وواصل تطوير محركات الاحتراق الداخلي ثنائية الأشواط، وذلك من خلال دمج الغاز الطبيعي المسال ثنائي الوقود أولًا. وبينما ركزت مناقشات الانبعاثات والأهداف التنظيمية على مفهوم "صفر"، اعتمدت الاستراتيجية مفهوم "الانتقال التدريجي". لم يكن من الممكن تحقيق "صفر" بدون المكون "الكهربائي"، وقليلٌ من شركات بناء السفن العالمية، إن وُجدت، كانت مستعدةً لاستخدام البطاريات وتخزين الطاقة بمستويات الطاقة اللازمة للحفاظ على القدرة التنافسية.

هناك مئات التقارير حتى الآن عن عمليات تسليم "الوقود المزدوج". ومع ذلك، فإن "الوقود المزدوج" في هذه المرحلة الانتقالية هو مزيج من الوقود البديل والوقود الأحفوري، وهناك أسباب لذلك.

لطالما كان الهيدروجين شعار "الكأس المقدسة" البسيط. فهمه ليس صعبًا، فجميع بدائل الطاقة المستقبلية تحتوي على رابطة هيدروجينية. ابدأ بتحديد كثافة الوقود الفعلية والطاقة المتاحة في وحدات BTU البريطانية الناتجة عن أنواع الوقود البديلة الجديدة. سواءً كان الخيار الأمونيا، أو الميثانول، أو الغاز الطبيعي المسال، أو الوقود الحيوي، أو الهيدروجين، لا يُعادل أيٌّ منها كثافة وطاقة زيت الديزل البحري البسيط. في الواقع، يُوفر معظمها 50% أو أقل. أضف إلى ذلك أن أيًا منها لا يُعادل "الصفر" في حالته الحالية، ولن يُعادله إلا بعد تسليمه في صورة "خضراء" مُقترحة.

تُسبب مشكلة الكثافة وحدها مشاكل في بناء السفن. يتطلب انخفاض الطاقة خزانات وقود أكبر وضرورة حمل المزيد من الوقود. وقود أكثر، حمولة أقل - حمولة أقل، ربح أقل. وتستمر المشكلة مع وضع خزانات الوقود الجديدة وكيف تتأثر الاستقرار والتخزين والتعديل والمسودة. يمكن حل المشكلة بالحفاظ على المستويات الحالية لمخزون الوقود وزيادة عدد عمليات التزويد بالوقود. ترتبط المشكلة بالوقود البديل المختار وما إذا كان نمط تداول السفن يوفر البنية التحتية اللازمة لتأكيد توفر الوقود في موانئ التزويد بالوقود. ستجد أن غالبية الموانئ الحالية لا يمكنها تقديم هذا الطلب فيما يتعلق بالميثانول أو الهيدروجين أو الأمونيا أو الغاز الطبيعي المسال. أضف إلى ذلك متطلبات وقود الطيار أثناء الاشتعال وزيت الديزل البحري باعتباره "المزدوج" الفعلي، ونحن بحاجة إلى نوعين من خزانات الوقود.

مع سعي العديد من مشاريع البناء الجديدة إلى الالتزام بلوائح الانبعاثات، فإن استمرارنا في استخدام محرك احتراق داخلي كبير ثنائي الأشواط يُمثل العقبة الأصعب. سيُطلق على هذا النوع من الوقود اسم "الوقود المزدوج"، وهو وقود بديل ووقود أحفوري خلال فترة انتقالية طويلة.

لفترة طويلة بما يكفي لجعل أحواض بناء السفن الكورية تعتقد أن "احتجاز الكربون" سيكون الخطوة التالية للحفاظ على التصميم القياسي. استغرق التحول إلى الغاز الطبيعي المسال في محركات الاحتراق أكثر من عقدين، ولا يزال استخدامه في ازدياد. الآن، ضع في اعتبارك أن أول محرك احتراق كبير ثنائي الأشواط يعمل بالأمونيا لم يُكمل عملية تشغيل ناجحة بنسبة حمولة تتراوح بين 25% و100% على منصة اختبار إلا في فبراير 2025، وسيصبح ضوء "الصفر" في نهاية النفق باهتًا. نهاية فترة التحول لا تزال بعيدة، وسنظل نستخدم وقود الديزل لسنوات قادمة.

توجد أيضًا مخاطر تتعلق بالسلامة، وتتطلب تعديلات جذرية في التهوية وحماية الأفراد والتدريب. يُعدّ بخار الأمونيا سامًا، ويُشكّل توزيعه من وإلى مصدر الدفع مصدر قلق كبير. يتميز الأمونيا بنقطة وميض أعلى، وإن كان نطاق انفجاره أضيق عند خلطه بالهواء. تختلف الحسابات الجوية لتجنب الاشتعال أو الانفجار اختلافًا كبيرًا عن حسابات الديزل البحري القياسي أو الزيت الأسود.

فيما يتعلق بوقود الهيدروجين، تُضيف كثافة الهيدروجين المضغوط صعوبةً وتكلفةً إلى نقل الغاز إلى السفينة وتخزينه عند تزويده بالوقود. كما أن تسييل الهيدروجين واستخدامه بالتبريد العميق (على غرار الأمونيا أو الغاز الطبيعي المسال) يُضيف تكلفةً كبيرةً أخرى لكلٍّ من التسييل وإعادة التغويز. مع كل هذه القرارات الجديدة، علينا دعم مبادرة "من البئر إلى الاستيقاظ" - حيث يجب إدراج استخدام الطاقة لتوليد "الطاقة الجديدة" في الحساب النهائي للانبعاثات، وكذلك الاضطراب الكبير في تكلفة بناء السفن.

أسواق قوارب العمل الصغيرة، والقاطرات، والعبارات، متقدمةٌ جدًا في سعيها نحو تحقيق أهدافها، لدرجة أنها تكاد تقول: "لقد اخترتَ بحكمة". يُنتج العديد من مُصنّعي محركات الأشواط الأربعة منتجاتٍ جديدةً تتراوح بين محركات تعمل بالميثانول ومحركات لا تعتمد على الوقود تمامًا.

حصلت شركة Cummins على موافقة مبدئية لمحركات QSK60 IMO II/III الجاهزة للاستخدام بالميثانول، والتي تتراوح قوتها بين 2000 و2700 حصان. كما اعتمدت مشاريع أخرى على إنتاج الهيدروجين على متن السفن، ودمج خلايا الوقود، والمركبات الكهربائية الهجينة، والبطاريات، لتحقيق أهداف خفض الانبعاثات. وقد تجاوز سوق قوارب العمل والعبارات الساحلية هذا الوقود المزدوج، ليتجه نحو تعديلات الدفع الكهربائي، كما كان متوقعًا في عام 2012.

بالإضافة إلى قضايا تشغيل السفن والدفع، نحتاج أيضًا إلى النظر بعناية في حمولة موردي الوقود الفعليين وشركات التزويد بالوقود الحالية. مع تبني صناعة الرحلات البحرية للغاز الطبيعي المسال ثنائي الوقود، شهدنا استمرارًا في الطلبات والتوريد من صنادل وسفن التزويد بالوقود بالغاز الطبيعي المسال لدعم عمليات تسليم الغاز الطبيعي المسال. ما ينقص الأسواق الأمريكية هو حمولة "صنادل التزويد بالوقود" اللازمة لتوصيل الأمونيا أو الميثانول أو الوقود الحيوي. يتجاوز تطوير هذه البنية التحتية بكثير قدرة التخزين على الشاطئ في موانئ التزويد بالوقود. هناك حاجة إلى طلاءات خزانات محددة مطبقة على الصنادل لبعض أنواع الوقود الحيوي أو الميثانول إلى جانب حاجة الشحنات الكيميائية الأساسية إلى مزج المكونات الحيوية. ستتطلب الأمونيا تسييلًا مبردًا مشابهًا لما هو مطلوب للغاز الطبيعي المسال. ستكون هناك حاجة إلى طلاءات بوليمر متقدمة مثل "الخط البحري" للميثانول أو الإيثانول أو إسترات ميثيل الأحماض الدهنية. تستطيع الأساطيل الأجنبية تسليم هذه المخاليط والمواد الكيميائية إلى الولايات المتحدة. ومع ذلك، يتعين على الأسطول المحلي الآن بناء الشحنات الجديدة والاستجابة لها من أجل تلبية الطلب على التوزيع.

أسرع سبيل أمام المشغّل للحفاظ على تصنيف "مؤشر كثافة الكربون" على السفن الحالية هو الانتقال إلى الوقود الحيوي. سيدعم هذا الانتقال استراتيجية الوقود المزدوج، ويتيح للمالك أو المشغّل المطالبة بخفض الانبعاثات. كل جهد صغير يُسهم في تحقيق أهدافنا المناخية. بعد تحليل عام ٢٠١٢، يكمن الحل الوحيد للوصول إلى "الصفر" في الطاقة النووية، ولا شك أن النقاش حول كيفية تأثير هذا التغيير في نظام الدفع على بناء السفن جارٍ بالفعل.