A indústria naval europeia está a todo vapor, já que uma nova onda de tecnologia de energia limpa está prestes a lançar as emissões de gases de efeito estufa ao mar.
O transporte marítimo, embora essencial para o comércio, contribui significativamente para as emissões que causam as mudanças climáticas. A navegação global emite 3% dos gases de efeito estufa (GEE) em todo o mundo. Com a indústria marítima responsável por transportar nada menos que 90% do comércio mundial, há uma pressão crescente sobre o setor para reduzir rapidamente sua pegada de carbono.

"O transporte internacional em mar aberto é uma das principais fontes de todas as emissões na Europa", disse Syed-Asif Ansar, cientista do Centro Aeroespacial Alemão, DLR.

Embora 3% possa não parecer titânico em escala, o crescimento da demanda por transporte marítimo em todo o mundo significa que as emissões marítimas estão acelerando mais rapidamente do que a maioria dos outros setores, diz ele.

Sem ação, o transporte marítimo poderia ser responsável por 10 a 13% das emissões globais dentro de algumas décadas.

Combustível de transição

Hoje, a maioria dos transatlânticos e navios porta-contêineres dependem de motores a diesel para gerar eletricidade para impulsionar a embarcação. A Organização Marítima Internacional (IMO), a agência das Nações Unidas responsável pela regulamentação do transporte marítimo, pretende reduzir pela metade as emissões dos navios oceânicos até 2050. Isso exige que a indústria estabeleça um caminho para combustíveis mais limpos.

Uma abordagem é descartar o diesel e direcionar para o gás natural liquefeito (GNL). O GNL é formado quando o gás natural (metano) é resfriado da forma gasosa para a líquida, tornando-o 600 vezes menor em volume. Isso facilita o transporte e armazenamento. O aumento da temperatura o transforma novamente em gás.

Embora o GNL ainda seja um combustível fóssil, ele está incluído na Taxonomia da UE, que o lista como um combustível de transição que ajudará na mudança para energia renovável em um futuro próximo.

Remoção de fumaça

Em 2020, o projeto Nautilus se propôs a desenvolver um novo tipo de motor baseado em GNL que reduziria pela metade as emissões de gases de efeito estufa em comparação com o diesel e removeria totalmente os gases de escape do diesel, que contêm poluentes prejudiciais à vida marinha e à saúde humana.

Tomando o nome da palavra grega para marinheiro, o projeto Nautilus está agora construindo um motor especial no DLR na Alemanha que funcionará com GNL.

Este motor contém uma célula de combustível de óxido sólido que transforma o GNL em eletricidade - sem queimar o gás - e, em seguida, alimenta uma bateria. A célula de combustível e a bateria juntas impulsionam o navio. Muito mais energia química do gás vai para a propulsão do que se tivesse acabado de ser queimado.

"A conversão de energia não é combustão, mas sim uma conversão eletroquímica", disse Ansar, líder do projeto Nautilus. "É muito mais eficiente."

Combustíveis de óxido sólido já existem, mas não na escala usada no transporte. Eles são projetados para uso em usinas de geração de energia. Mas a tecnologia existente é muito volumosa para navios. "O peso não é o principal problema nos navios", disse Ansar, "mas o volume é".

Transatlânticos

Considere também que um transatlântico típico requer de 40 a 60 megawatts, aproximadamente o mesmo consumo de energia de uma cidade de cerca de 10.000 casas. Tal como está, os fornecedores na Europa só podem fornecer unidades de células de combustível de óxido sólido principalmente abaixo de 10 quilowatts, uma fração do que é necessário.

O projeto Nautilus construiu grandes células de combustível de até 30 quilowatts, que são então combinadas em pacotes para atingir os 40 a 60 megawatts necessários para os navios.

A equipe pretende obter testes em terra certificados até 2024, com testes a bordo até 2026 e um navio de passageiros movido a motor até 2030.

O próximo passo então será o navio porta-contentores. Eles estão pensando grande. "Não queremos alimentar navios em aplicações de nicho", disse Ansar. “Queremos atingir o elefante na sala, que são os navios de carga, grandes navios de passageiros e outros transatlânticos”.

E porque a energia de GNL ainda gera CO₂ emissões, o projeto também está olhando mais adiante para quando esse combustível fóssil de transição será substituído por uma alternativa de baixo carbono.

Metano verde

Inicialmente, o combustível seria misturado e depois substituído por uma forma renovável de GNL, o metano verde, gerado por energia solar ou eólica. O metano verde não adiciona emissões à atmosfera.

Por enquanto, a ambição é substituir gradualmente os motores a diesel em navios com tecnologia que explora células de combustível, GNL e armazenamento de baterias. Outros desafios envolvem tornar as unidades robustas o suficiente para viagens oceânicas, de grande escala e capazes de operar sob diferentes cargas.

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. + Explorar mais

An analysis of renewable fuel options for ships carrying bulk cargo