Con tàu trôi bình yên trong làn nước biển xanh thẳm, được bao quanh bởi những vách đá khổng lồ. Ở đây, trong vịnh hẹp của Na Uy, thế giới dường như đứng yên. Nhưng sự yên tĩnh chỉ là ảo ảnh: Động cơ diesel khởi động, bộ phận hành trình bắt đầu chuyển động – và nó rất lớn. Không chỉ có tiếng ồn và làm rung con tàu, con tàu còn thải ra rất nhiều khí thải.
Chúng thường tích tụ giữa các ngọn núi cao trong nhiều ngày, điều này có nghĩa là mùi và mối nguy hiểm cho sức khỏe của cư dân địa phương. Đây là lý do tại sao chính phủ Nauy muốn sớm cấm những con tàu chạy động cơ xăng dầu đến các vịnh hẹp – và thay thế chúng bằng những mẫu thân thiện với môi trường, chẳng hạn như hệ thống truyền động điện. Trong tương lai, chúng sẽ trôi qua những ngọn núi phủ đầy tuyết một cách lặng lẽ và không phát thải.
Theo Tổ chức Hàng hải Quốc tế, không chỉ ở Na Uy, các hệ thống lái tàu thông thường mới gây tranh cãi: Trên toàn thế giới, vận tải hàng hải chiếm gần 2,5% tổng lượng khí thải nhà kính, theo Tổ chức Hàng hải Quốc tế. Nó tạo ra một tỷ tấn CO2 mỗi năm. Những người sống ở các cảng biển, chẳng hạn như Hamburg và Rotterdam, đặc biệt bị ảnh hưởng bởi điều này. Tàu có hệ thống truyền động điện hoặc hybrid có thể là câu trả lời. Nhưng liệu cuộc cách mạng này có thể thực sự thành công?
Tại sao tàu trở thành điện?
Theo báo cáo của Hội nghị Liên hợp quốc về Thương mại và Phát triển, tàu biển vận chuyển khoảng 80% hàng hóa trên thế giới. Và việc vận chuyển qua các đại dương sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới – 3,8% mỗi năm vào năm 2022. Tuy nhiên, các con tàu tạo ra một lượng khí thải khổng lồ, chẳng hạn như ôxít lưu huỳnh, ôxít nitơ, hạt bồ hóng và bụi mịn, và cả cacbon đioxit (CO2 ). Các nhà nghiên cứu thị trường tại IDTechEx One đã tính toán rằng một con tàu lớn duy nhất thải ra 70.000 tấn CO2, nhiều nitơ oxit tương đương với 2 triệu xe ô tô, và nhiều bụi mịn và các hạt gây ung thư là 2,5 triệu xe ô tô. Do đó, các con tàu tạo ra 15% lượng khí thải nitơ oxit toàn cầu. Do đó, tàu là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất ở các cảng biển.
Hầu hết các tàu container và tàu du lịch, tàu chở dầu và tàu chở hàng đều chạy bằng dầu diesel. Và chúng tiêu thụ một lượng lớn: 90.000 tàu trên toàn thế giới đốt cháy 370 triệu tấn nhiên liệu mỗi năm – và sản xuất 20 triệu tấn oxit lưu huỳnh. Mặt khác, trong vận tải biển nội địa, dầu diesel hàng hải được sử dụng làm nhiên liệu, ít gây hại hơn so với dầu nặng khi nó bị đốt cháy. Ngoài ra, ít oxit nitơ nguy hiểm hơn được thải ra. Khí thải gây ra những hậu quả tai hại đối với môi trường: Khí hậu thế giới đang thay đổi, các đại dương đang bị axit hóa. Có những rủi ro về sức khỏe – từ bệnh hen suyễn ở trẻ em đến tử vong sớm.
Vấn đề sẽ trở nên tồi tệ hơn nếu các năng lượng thông thường tiếp tục được sử dụng như trong quá khứ. Đến năm 2050, ô nhiễm không khí có thể tăng ít nhất 50%; trong trường hợp xấu nhất, thậm chí lên đến 250 phần trăm. Một nghiên cứu của Quốc hội EU cũng giả định rằng vào năm 2050, giao thông hàng hải sẽ chịu trách nhiệm cho gần một phần năm lượng khí thải CO2 toàn cầu. Điều này có nguy cơ gây rủi ro cho các mục tiêu của Hiệp định Khí hậu Paris, trong đó quy định hạn chế sự nóng lên toàn cầu xuống dưới 2 phần trăm.
Làm thế nào để giảm lượng khí thải
Vào tháng 4 năm 2018, Tổ chức Hàng hải Quốc tế đã quyết định giảm mạnh lượng khí thải. Đến năm 2050, 173 quốc gia thành viên của tổ chức LHQ muốn giảm ít nhất một nửa lượng khí thải CO2 từ tàu so với năm 2008. Kể từ tháng 3 năm 2018, mức tiêu thụ nhiên liệu của tất cả các tàu, và do đó, lượng khí thải phải được ghi lại. Kể từ năm 2020, chỉ nhiên liệu chứa không quá 0,5% lưu huỳnh mới được sử dụng. Hiện tại, giá trị giới hạn gấp bảy lần giá trị đó.
Nếu kế hoạch đầy tham vọng thành công, bạn sẽ phải thay đổi tư duy. Nhưng có những lựa chọn nào để giảm lượng khí thải? Có nhiều khả năng khác nhau: Ví dụ, tàu có thể lắp đặt bộ chuyển đổi xúc tác, tương tự như ô tô. Tách các oxit nitơ có hại thành nitơ và oxy và bộ lọc bồ hóng giữ lại các chất dạng hạt. Hoặc các con tàu có thể sử dụng dầu diesel hàng hải thay vì dầu nặng cực kỳ bẩn. Dầu diesel hàng hải chứa ít lưu huỳnh hơn, nhưng đắt hơn nhiều. Bên cạnh đó, cả hai lựa chọn này đều có một nhược điểm đáng kể: Chúng đều dựa trên động cơ đốt trong và do đó, sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, dầu khoáng sản xuất từ dầu diesel có thể cạn kiệt trong vòng 50 năm với tốc độ tiêu thụ hiện tại.
Đây là lý do tại sao việc sử dụng các nguồn năng lượng khác hiệu quả hơn và sạch hơn, chẳng hạn như khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), hydro hoặc năng lượng điện. Hệ thống truyền động điện không chỉ được coi là bền vững trên đất liền và trên không. Trong nhiều trường hợp, các lựa chọn thay thế dầu thân thiện với môi trường phù hợp cho vận chuyển nội địa – và cả cho các tàu viễn dương trong tương lai xa. Một lợi thế của hoạt động bằng pin là điện rẻ hơn nhiều so với dầu và đặc biệt là động cơ diesel hàng hải. Do đó, các nhà phân tích tại IDTechEx dự đoán rằng doanh số bán tàu hybrid và tàu chạy hoàn toàn bằng điện trên toàn thế giới sẽ tăng lên. Con số này có thể đạt 20 tỷ USD vào năm 2027.
Tàu biển đã được “hỗ trợ điện” trong nhiều năm
Những con tàu đã được lái bởi gió trong hàng ngàn năm. Nhưng từ đầu thế kỷ 19, nhiệm vụ này ngày càng được đảm nhiệm bởi các động cơ. Sau khi phát minh ra động cơ hơi nước và tua bin, động cơ diesel ở nhiều dạng khác nhau cũng được sử dụng trong thế kỷ 20. Chúng đốt nhiên liệu hóa thạch – dầu diesel, dầu nặng, dầu khí. Theo truyền thống, kiểu truyền động này là cơ khí: Động cơ diesel dẫn động một trục sau đó chuyển động chân vịt của tàu. Động cơ hay máy phát điện cũng tạo ra điện cho tất cả các hệ thống điện trên tàu.
Nhưng trong vài năm, nhiều tàu đã được điện khí hóa một phần: 80% tàu viễn dương hiện sử dụng hệ thống truyền động diesel-điện. Máy phát điện diesel tạo ra điện, sau đó điều khiển động cơ điện. Điều này làm di chuyển chân vịt của con tàu. Điều này có nhiều lợi thế: Nó tiết kiệm từ năm đến 20 phần trăm nhiên liệu. Máy điện cũng bao gồm ít linh kiện hơn, ít bị lỗi và ít hao mòn hơn. Điều này chuyển thành giảm tổn thất năng lượng và hiệu quả cao hơn. Nhưng đây vẫn không phải là hệ dẫn động hybrid. Trường hợp này chỉ xảy ra nếu con tàu có thể ra khơi mà không cần động cơ diesel chạy, ít nhất là trong một khoảng thời gian nhất định. Trong trường hợp này, năng lượng đến từ pin trên tàu. Trong tương lai, động cơ điện cũng có thể được cung cấp năng lượng bằng các phương tiện khác, chẳng hạn như pin sạc.
Tàu điện – nó hoạt động như thế nào?
Hành trình từ động cơ đốt trong đến động cơ điện không phát thải liên quan đến nhiều công nghệ khác nhau. Đối với ô tô, xe thương mại chạy điện hoặc là máy bay điện, công nghệ hybrid là một giải pháp tạm thời cho những mẫu xe vẫn khó triển khai hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện.
Những công nghệ nào đã có sẵn?
Truyền động diesel-điện: Máy phát điện diesel tạo ra điện. Sau đó, điện truyền động cơ điện, làm chuyển động chân vịt của con tàu.
Truyền động hybrid: Ngoài động cơ đốt trong, ắc quy được lắp trên bo mạch. Một mặt, chúng có thể được bật bổ sung trong thời gian ngắn khi cần đạt mức công suất cao nhất. Mặt khác, chúng có thể tích trữ năng lượng dư thừa, chẳng hạn như từ máy phát điện diesel. Điều này sẽ cho phép con tàu ra khơi không sử dụng gì ngoài điện trong một thời gian.
Truyền động hoàn toàn bằng điện: Trên tàu không có động cơ đốt trong, toàn bộ năng lượng lấy từ pin.
Một số tàu nội địa đã ra khơi không sử dụng điện, chủ yếu là phà và thuyền du lịch. Đó là bởi vì chúng đi những quãng đường ngắn hơn và do đó có thể sử dụng pin nhỏ hơn. Một số nhà đóng thuyền cũng đang lên kế hoạch cho các tàu du lịch hybrid. Nhưng đối với những con tàu chở hàng lớn chạy trên đại dương của thế giới, nguồn cung cấp điện vẫn còn là một chặng đường dài. Pin vẫn không đủ hiệu quả và quá nặng đối với những con tàu đi đường dài trên biển cả.
Phần 2: Tại sao tàu biển trong tương lai sẽ chạy bằng điện (phần 2)
