La industria del transporte marítimo europeo avanza a todo vapor, ya que una nueva ola de tecnología de energía limpia está lista para arrojar por la borda las emisiones de gases de efecto invernadero.

El transporte marítimo, si bien es esencial para el comercio, contribuye significativamente a las emisiones que provocan el cambio climático. El transporte marítimo global arroja el 3% de los gases de efecto invernadero (GEI) en todo el mundo. Dado que la industria marítima es responsable del transporte de no menos del 90 % del comercio mundial, existe una presión cada vez mayor sobre el sector para reducir rápidamente su huella de carbono.

"El transporte marítimo internacional en mar abierto es una de las principales fuentes de todas las emisiones en Europa", dijo Syed-Asif Ansar, científico del Centro Aeroespacial Alemán, DLR.

Si bien el 3% puede no parecer una escala titánica, el crecimiento de la demanda de transporte marítimo en todo el mundo significa que las emisiones marítimas se han acelerado más rápido que la mayoría de los otros sectores, dice.

Sin acción, el transporte marítimo podría ser responsable del 10 al 13 % de las emisiones globales en unas pocas décadas.

Combustible de transición

Hoy en día, la mayoría de los transatlánticos y portacontenedores dependen de motores diesel para generar electricidad para propulsar la embarcación. La Organización Marítima Internacional (OMI), la agencia de las Naciones Unidas responsable de regular el transporte marítimo, tiene como objetivo reducir a la mitad las emisiones de los buques oceánicos para 2050. Esto requiere que la industria establezca un rumbo hacia combustibles más limpios.

Un enfoque es deshacerse del diésel y orientarse hacia el gas natural licuado (GNL). El GNL se forma cuando el gas natural (metano) se enfría de gaseoso a líquido, haciéndolo 600 veces más pequeño en volumen. Esto facilita su transporte y almacenamiento. El aumento de la temperatura lo convierte de nuevo en un gas.

Aunque el GNL sigue siendo un combustible fósil, está incluido en la Taxonomía de la UE, que lo enumera como un combustible de transición que ayudará al cambio a la energía renovable en un futuro próximo.

Eliminación de humos

En 2020, el proyecto Nautilus se propuso desarrollar un nuevo tipo de motor basado en GNL que reduciría a la mitad las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el diésel y eliminaría por completo los gases de escape del diésel, que contienen contaminantes dañinos para la vida marina y la salud humana.

Tomando su nombre de la palabra griega para marinero, el proyecto Nautilus ahora está construyendo un motor especial en el DLR en Alemania que funcionará con GNL.

Este motor contiene una celda de combustible de óxido sólido que convierte el GNL en electricidad, sin quemar el gas, y luego enciende una batería. La celda de combustible y la batería juntas impulsan el barco. Mucha más energía química del gas se destina a la propulsión que si simplemente se quemara.

"La conversión de energía no es combustión, sino una conversión electroquímica", dijo Ansar, líder del proyecto Nautilus. "Es mucho más eficiente".

Ya existen combustibles de óxido sólido, pero no en la escala utilizada en el transporte marítimo. Están previstos para su uso en plantas de generación de energía. Pero la tecnología existente es demasiado voluminosa para los barcos. "El peso no es el problema principal en los barcos", dijo Ansar, "pero el volumen sí lo es".

Transatlánticos

Considere también que un transatlántico típico requiere de 40 a 60 megavatios, aproximadamente el mismo consumo de energía que una ciudad de aproximadamente 10 000 casas. Tal como están las cosas, los proveedores en Europa solo pueden proporcionar unidades de celdas de combustible de óxido sólido en su mayoría por debajo de los 10 kilovatios, una fracción de lo que se necesita.

El proyecto Nautilus ha construido grandes pilas de combustible de hasta 30 kilovatios, que luego se combinan en paquetes para lograr los 40 a 60 megavatios necesarios para los barcos.

El equipo tiene como objetivo obtener pruebas certificadas en tierra para 2024, con pruebas a bordo para 2026 y un barco de pasajeros propulsado por el motor para 2030.

El próximo paso entonces será el buque portacontenedores. Están pensando en grande. "No queremos impulsar barcos en aplicaciones de nicho", dijo Ansar. “Queremos apuntar al elefante en la habitación, que son los buques de carga, los grandes buques de pasajeros y otros transatlánticos”.

Y porque la energía de GNL aún genera CO₂ emisiones, el proyecto también está mirando hacia el futuro cuando este combustible fósil de transición sea reemplazado por una alternativa baja en carbono.

Metano verde

Inicialmente, el combustible se mezclaría y luego se reemplazaría por una forma renovable de GNL, metano verde, generado con energía solar o eólica. El metano verde no agrega emisiones a la atmósfera.

For now, the ambition is to gradually replace diesel engines on ships with technology that taps into fuel cells, LNG and battery storage. Further challenges involve making the units robust enough for ocean voyages, of huge scale and able to operate under different loads.

But diesel and LNG are not the only options when it comes to powering ocean-going freighters and tankers. Another project seeks to clean up global shipping by embracing the potential of ammonia to energize the shipping industry.

Ammonia is widely used in the chemical industry and is best known as the key ingredient in fertilizer. Colorless and with a pungent smell, the fact that the ammonia molecule (NH3) is rich with hydrogen makes it perfect to adapt as a fuel. When used as a fuel, the only emissions are water, with no carbon present to make CO₂ .

"There is a strong focus on ammonia as a possible alternative to fossil carbon fuel for propulsion," said Andrea Pestarino at RINA consulting in Italy, "But there is no commercial engine that can be installed right now onboard a ship." He coordinates the Engimmonia project, one of a number of initiatives worldwide seeking to tap ammonia to power shipping.

Energy dense

Ammonia is a relatively energy-dense means to store and transport green hydrogen generated by renewables. Liquid ammonia packs more energy into the same volume as liquid hydrogen, and can be stored at minus 33 degrees Celsius, as opposed to minus 253 degrees Celsius for hydrogen.

"Instead of storing hydrogen, you store ammonia," said Pestarino. In practice, this means you no longer need large pressurized tanks to store concentrated hydrogen gas, but can simply hold onto chilled liquid ammonia.

Nonetheless, care is needed to ensure no leakage, since ammonia is toxic and smelly. The project is tackling a further challenge; ensuring harmful nitrous oxide gases are scrubbed from exhaust fumes when ammonia is consumed.

It's the talk of the town in shipping circles. "Ammonia is currently seen as the most efficient way to decarbonize the shipping sector, especially propulsion," said Pestarino.

Green ammonia

Engimmonia is also out to transform technologies used on land into ship-shape tech ready for sea conditions. This requires strategies to recycle waste heat for electricity and air conditioning. There are also practical challenges such as where to fit solar panels onto container ships, which have very few free surfaces as they are designed today.

Suffice it to say the ammonia itself will need to be green ammonia, generated from renewable energy sources, in the same way that LNG will ultimately have to be replaced by green methane. At the moment, ammonia is not a carbon-free alternative because fossil-fuel energy is used in its creation.

Numerous initiatives are underway to navigate the shipping industry towards decarbonization, in line with the goals of the European Green Deal, a plan to make Europe the world's first climate neutral continent.

"We're bringing all the pieces of the puzzle together to make a viable system for the shipper," said Ansar. + Explora más

An analysis of renewable fuel options for ships carrying bulk cargo