ΑΡΧΑΙΑ ΙΘΩΜΗ

Dr.-Ing. Georg Chaziteodorou Bleibergweg 114
D-40885 Ratingen
Tel.+Fax: +49 (0) 2102 32513
E-Mail: chaziteo@t-online.de
15.11.2023

Ειναι το πλοιο Μαγκνουs ‘η Ροτορ ‘η Φλεττνερ ‘η το πλοιο με προωση ηλεκτρικων κινητηρων που λαμβανει την ισχυ του απο συσσωρευτεs ηλεκτρικηs ενεργειαs ‘η απο κυψελεs καυσιμου, το πλοιο του μελλοντοs και για την ελληνικη Ακτοπλο’ι’α;

Το Συμβουλιο Υπουργων Θαλασσιων Μεταφορων τηs Ε.Ε. αποφασησε τον Ιουνιο του 2022 να εξαιρεσει τα πλοια τηs ελληνικηs ακτοπλο’ι’αs εωs τιs 31.12.2029 απο τον κανονισμο για την χρηση ανανεωσιμων και χαμηληs περιεκτικοτηταs σε ανθρακα καυσιμων στον τομεα των θαλασσιων μεταφορων, οταν αυτα δρομολογουνται σε λιμενεs νησων με λιγοτερουs απο 200.000 κατοικουs.

Ετσι οι απαιτησειs στην ελληνικη εμπορικη ναυτιλια και ακτοπλο’ι’α μετα τιs 31.12.2029 θα ειναι αδυνατο να εκπληρωθουν με τουs παραδοσιακουs κινητηρεs ντιζελ και καυσιμα, παρ’ ολεs τιs βελτιωσειs κινητηρα με την επανακυκλοφορια των καυσαεριων, με τα δυο σταδια συμπιεσηs, με τον κυκλο Μιλλερ αργηs καυσηs, με τον σχεδιασμον θαλαμου εξυπνηs καυσηs και με τα προηγμενα συστηματα εγχυσηs καυσιμου, με την μετεπεξεργασια καυσαεριων, οπωs με πλυντηρεs ‘η επιλεκτικη καταλυτικη αναγωγη και τελοs με την χρηση διαφορετικων καυσιμων π.χ. Ντιζελ χαμηλου περιεχομενου σε θειο ‘η υγροποιημενο φυσικο αεριο.

Δεν πρεπει να λησμονειται οτι περαν τηs ακτοπλο’ι’αs η Ελλαδα ειναι παγκοσμιωs η χωρα με την μεγαλυτερη πλοιοκτησια (20,67 % τηs χωροτικοτηταs τηs Ε.Ε.) παρ’ ολου που ο πληθυσμοs τηs αντιπροσωπευει το 0,16 % του παγκοσμιου πληθυσμου.

Οι Ελληνεs πλοιοκτητεs ελεγχουν σημερα το 21,7 % του παγκοσμιου στολου μεταφοραs χυδην ξηρου φορτιου, το 8,92 % του παγκοσμιου στολου μεταφοραs εμπορευματοκυβωτιων, το 32,64 % του παγκοσμιου στολου δεξαμενοπλοιων, το 13,14 % του παγκοσμιου στολου μεταφοραs χημικων και παραγωγων πετρελαιου και το 16,33 % του παγκοσμιου στολου υγροαεροφορων (LNG/LPG).

Και αυτοι θα αναγκασθουν να υιοθετησουν λυσειs για την μειωση των εκπομπων καυσαεριων εντοs των ισχυοντων και αλλων μελλοντικων οριων που θα επιρεασουν αμεσα την βιωσιμοτητα των ναυτιλιακων τουs επιχειρησεων.

Ενα πλοιο Μαγκνουs ‘η Ροτορ ‘η Φλεττνερ φερει στο καταστρωμα του τουλαχιστον δυο περιστρεφομενα καταρτια, που περιστρεφονται με μικρη ιπποδυναμη.

Η προωση του πλοιου βασιζεται κατα ενα μεροs στο φαινομενο Μαγκνουs, δηλαδη στην γεννεση καθετων δυναμεων επι του αξονα του περιστρεφομενου κυλινδρου που εκτιθεται στο ρευμα αεροs.

Δια τηs στροφηs του κυλινδρου και τηs σημειουμενηs τριβηs, τα μορια του αερα παρασυρονται με ταχεια κινηση κατα την πλευρα τηs φοραs τηs περιστροφηs, ενω κατα την αλλη πλευρα τα μορια του αερα επιβραδυνονται.

Η διαφορα αυτη των ταχυτητων εχει ωs συνεπεια να δημιουργειται αντιρροπη διαφορα πιεσηs, τηs οποιαs το αποτελεσμα ειναι η δημιουγια καθετων δυναμεων.

Lloyd’s Register: Σημαντικά πλεονεκτήματα στην απόδοση το φορτηγό πλοίο με Rotor Sails |

Το πλοιο “E-Ship 1” τηs φιλλανδικηs εταιρειαs Energon, ωs πρωτυπο τηs εποχηs μαs, πλεει απο το 2010 με σοβαρη μειωση τηs καταναλωσηs ντιζελ των κυριωs κινητηρων του.

Το πλοιο αυτο φερει τεσσερα περιστρεφομενα καταρτια απο αλουμινιο.

Η ιδια εταιρεια τοποθετησε το 2014 στο Φεριμποτ Estraden δυο καθετουs και 17 μετρα υψοs και 3 μετρων διαμετρου περιστρεφομενουs κυλινδρουs, κατασκευασμενουs απο ανθρακα και ινεs υαλοβαμβακοs, που ειναι ελαφρωτεροι και ποιο αποτελεσματικοι, διοτι περιστρεφονται ταχυτερα εωs 300 περιστροφεs ανα δευτερολεπτο.

Και η ελληνικη ναυτιλια εχει να παρουσιασει το φορτηγο πλοιο MV Afros τηs κατασκευαστικηs σειραs SDARI 64 Ultramax, που κατασκευασθηκε στην Κινα και ανηκει στην ελληνικη εταιρεια Blue Planet Shipping.

Το πλοιο αυτο φερει στο καταστρωμα του 4 περιστρεφομενουs κυλινδρουs, του τυπου Anemoi Wind Engune, που μετακινουνται επι γραμμων σιδηροδρομου,. Το συστημα αυτο επιτρεπει να μετακινουνται οι περιστρεφομενοι κυλινδροι κατα την διαρκεια φορτωσηs και εκφορτωσηs του πλοιου.

Προκειται για το πρωτο φορτηγο πλοιο τυπου Φλεττνερ που βραβευτικε το 2018 ωs πλοιο τηs χρονιαs.

Με την αυξανομενη πιεση στη ναυτιλια για την μειωση των επιβλαβων εκπομπων, οι τεχνολογιεs κυψελων καυσιμου και υδρογονου θα εισελθουν αναγκαστικα στα υδατα αυτα και θα αναπτυχθουν περαιτερω, καθωs δρομολουνται εργα που χρησιμοποιουν τεχνολογια υδρογονου για επιβατικα πλοια και ταχυπλοα σκαφη μεγαληs ισχυοs.

WIND CHALLENGER: Forward to the future, the wind at our backs. | BLUE ACTION MOL | Mitsui O.S.K. Lines, Ltd

Σε λιγο καιρο, τα πλοια που χρησιμοποιουν κυψελεs καυσιμου με υδρογονο και μπαταριεs Λιθιου θα αποτελεσουν παγκοσμια σημαντικο τμημα και του παρακτιου στολου.

Επιπλεον σημερα, κρουαζιεροπλοια με σταθερεs διαδρομεs, σκαφη εργασιαs και πλοια ανοικτηs θαλασσηs ειναι επισηs παραδειγματα τομεων πλοιων οπου το υδρογονο ειναι καλα εναρμοσμενο.

Το μελλον των θαλασσιων ναυτιλιακων και μεταφορικων βιομηχανιων θα ειναι πρασινο και βιωσιμο, με τεχνολογιεs κυψελων καυσιμου και υδρογονου.

Η κυψελη καυσιμου οριζεται ωs εναs ηλεκτροχημικοs μετατροπεαs, ο οποιοs οταν τροφοδοτειται με ενα καυσιμο και ενα μεσο οξειδωσηs, μετατρεπει την χημικη ενεργεια σε ηλεκτρικη, σε θερμικη και σε αλλα προ’ι’οντα αντιδρασηs.

Αυτη αποτελειται απο μια ανοδο, μια καθοδο και μια μεμβρανη ηλεκτρολυτη. Λειτουργει περνωνταs υδρογονο μεσω τηs ανοδου και του οξυγονου μεσω τηs καθοδου.

Στην ανοδο, τα μορια υδρογονου χωριζονται σε ηλεκτρονια και πρωτονια.

Τα πρωτονια διερχονται μεσω τηs μεμβρανηs ηλεκτρολυτη, ενω τα ηλεκτρονια ωθουνται μεσω κυκλωματοs, δημιουργωνταs ηλεκτρικο ρευμα και θερμοτητα. Στην καθοδο, τα πρωτονια, τα ηλεκτρονια και το οξυγονο συνδυαζονται για να παραγουν μορια νερου.

Οι κυψελεs καυσιμου συνεπωs δεν χρειαζεται να επαναφορτιζονται περιοδικα οπωs οι μπαταριεs, αλλα συνεχιζουν να παραγουν ηλεκτρικη ενεργεια εφοσον παρεχεται πηγη καυσιμου.

Λειτουργουν σχεδον σιωπηλα καθωs δεν εχουν κινουμενα μερη και ειναι επεκτασιμεs που σημαινει οτι μπορουν να συγκεντρωθουν μεταξυ τουs για να σχηματισουν στοιβεs και μεγαλυτερα συστηματα.

Οι διαφορετικοι τυποι κυψελων καυσιμου διακρινονται αναλογα με τον ηλεκτρολυτη που χρησιμοποιειται μεσα στην κυψελη σε 6 διαφορετικα ειδη και δη σε κυψελεs μεμβρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων, σε αλκαλικεs, σε μεθανοληs, σε φωσφορικου οξεοs, σε τηγμενου ανθρακικου αλατοs και σε στερεου οξειδιου.

Μια αλλη διακριση ειναι με βαση τη θερμοκρασια λειτουργιαs, ωs χαμηληs θερμοκρασιαs (κυψελεs καυσιμου μεμβρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων, αμεσηs μεθανοληs και αλκαλικεs), μεσαιαs θερμοκρασιαs (κυψελεs καυσιμου φωσφορικου οξεοs) και υψηληs θερμοκρασιαs (κυψελεs καυσιμου στερεων οξειδιων και τηγματοs ανθρακικων αλατων).

Το υδρογονο ειναι η βελτιστη λυση καυσιμου, καθωs αποτελει ενεργεια δευτερηs μορφηs, που μεταβαλλεται απο τρια διαφορετικα συστηματα προμηθειαs ενεργειαs, οπωs ορυκτα καυσιμα, πυρηνικουs αντιδραστηρεs σχασηs και ΑΠΕ.

Επισηs το υδρογονο μπορει να παραχθει απο την διασπαση του νερου μεσω διαφορων διεργασιων, απο την ηλεκτρολυση του νερου, φωτοηλιακη-ηλεκτρολυση, φωτοβιολογικη παραγωγη εωs την διασπαση του νερου σε υψηλη θερμοκρασια.

Αλλη ειναι η κλιμακα μεγεθουs τηs αποθηκευσηs υδρογονου στην μεταβολλη ηλεκτρικηs ενεργειαs για βιομηχανικη ‘η οικιακη χρηση και αλλη για μεταφορεs σε θαλασσια και οδικα δικτυα και γενικα για υδρογονοκινηση πλοιων και αυτοκινητων.

Η αποθηκευση του λαμβανει χωρα με συμπιεση, με υγροποιηση, σε προηγμενα υλικα, σε μεταλλικα υδριδια και σε μεγαλεs ποσοτητεs σε υπογειεs δεξαμενεs σε εβαποριτεs ‘η σε εξαντληθεντα κοιτασματα φυσικου αεριου οπωs π.χ. το κοιτασμα φυσικου αεριου Νοτιοs-Καβαλα στην θαλασσια περιοχη δυτικα τηs Θασου και απεναντι απο την Καλλιραχη.

Η δικαιοδοσια για την εξελιξη του κοιτασματοs αυτου εδοθει στην κοινοπραξια εταιριων NAPC, η οποια εληξε το 2014. Το κοιτασμα αυτο, το οποιο περασε στα χερια του ΤΑΙΠΕΔ που επιθυμει να το εκποιησει, ειναι καταλληλο ωs χωροs αποθηκευσηs για φυσικο αεριο ‘η υδρογονο σε μεγαλεs ποσοτητεs.

Το παρθενο αποθεμα φυσικου αεριου στο κοιτασμα Νοτιοs-Καβαλα ειχε υπολογισθει με περιπου 1,3 x 10 στην 9 κυβικα μετρα υπο κανονικεs συνθηκεs.

Ενα κανονικοποιημενο κυβικο μετρο φυσικου αεριου ειναι η ποσοτητα αυτου που καταλαμβανει ογκο ενοs κυβικου μετρου σε κανονικεs συνθηκεs θερμοκρασιαs και πιεσηs, δηλαδη σε 0 βαθμουs Κελσιου και 760 χιλιοστα υδραργυρου.

Απο αυτα, τα εκμεταλλευσιμα υπολογισθηκαν με περιπου 770 – 1.030 x 10 στην 6 κυβικα μετρα υπο κανονικεs συνθηκεs.

Το κοιτασμα καλυπτει μια επιφανεια 4,56 τετραγωνικων χιλιομετρων και βρισκεται σε βαθοs περιπου των 1700 μετρων μετρηθεν απο τον θαλασσιο βυθο.

Η τετραποδοs πλατφορμα απο χαλυβδηνεs σωληνε μπορει να σηκωσει ενα συνολικο βαριοs 180 τοννων.

Για την μετατροπη του εξαντληθεντοs κοιτασματοs φυσικου αεριου σε μια λειτουργικη υπογεια αποθηκη φυσικου αεριου, ο γραφων ωs στελεχοs τηs Wintershal AG στην μελετη του το 1994, υπολογισε μια συνολικη δαπανη των περιπου 180 εκατομ. δολαριων των ΗΠΑ.

Αυτη περιελαμβανε 131 εκα τομ. δολαρια αμεση δαπανη (για 4 οριζοντιεs γεωτρησειs, μετατροπεs στην πλατφορμα, εγκαταστασειs παραγωγηs στην πλατφορμα και στην εγκατασταση εμπλοτισμου, σωληνεs μεταφοραs κ.α.), 30 εκατ. δολαρια (για μελετεs, κατασκευεs, ασφαλιστικα συμβολαια κ.α.) και 19 εκατομ. για διαφοερεs αλλεs εργασιεs.

Σημερα οι δαπανεs θα υπερβαινουν τα 300 εκατομμυρια δολαρια των ΗΠΑ, διοτι πιθανωs να απαιτηθουν νεεs χερσαιεs εγκαταστασειs, αγωγοι και νεα συνδεση με το εθνικο συστημα φυσικου αεριου.

Σε περιπτωση αποθηκευσηs υδρογονου υφισταται και η εξηs δυνατοτητα:

Εγκατασταση σε μικρη αποσταση απο την πλατφορμα ενοs αιολικου
παρκου ονομαστικηs ισχυοs 40 MW
Τοποθετηση επι του καταστρωματοs τηs επεκταθεισηs πλατφορμαs
μιαs μεγαληs εγκαταστασηs ηλεκτρολυσηs υδατοs ονομαστικηs
ισχυοs 30 MW και εκχυση με την βοηθεια συμπιεστων του απο την
ηλεκτρολυση του υδατοs παραχθεντοs υδρογονου στο εξαντληθεν
κοιτασμα φυσικου αεριου.
3. Μεταφορα του αποθηκευθεντοs υδρογονου δια του νεου αγωγου
στιs εγκαταστασειs του σταθμου-Sigma τηs Νεαs-Καρβαληs και
διαθεση αυτου για πολλαπλεs εργασιεs, στην αυτοκινητοκινηση,
στην προωση πλοιων και αλλου.

Εδω απαιτειται μια νεα μελετη για υπολογισμο των δαπανων επενδυσηs και οικονομικου αποτελεσματοs του εγχειρηματοs αυτου.

Η αποσταση απο την πλατφορμα του κοιτασματοs, η οποια εγκατασταθηκε σε θαλασσιο βαθοs 53 μετρων, εωs τιs εγκαταστασειs εμπλουτισμου τηs Νεαs Καρβαληs (Sigma-Station) ειναι 30 χιλιομετρα και απο αυτεs εωs τον κεντρικο αγωγο φυσικου αεριου 70 χιλιομετρα.

Η ονομαστικη ισχυs του ενεργειακου σταθμου ενοs πλοιου ποικιλλει
αναλογα με τιs προδιαγραφεs του, απο μικροτερη των 500 kW εωs και μεγαλυτερη των 100 MW.

Οι πτυχεs που καθοριζουν την καταλληλοτητα ενοs σταθμου ηλεκτροπαραγωγηs για ναυτιλιακη χρηση ειναι η ηλεκτρικη αποδοση, η ισχυs και ενεργειακη πυκνοτητα, τα μεταβατικα φορτια και εκκινηση του συστηματοs, οι περιβαλλοντικεs επιπτωσειs, η ασφαλεια και αξιοπιστια και τα οικονομικα θεματα.

Στα πλοια η ηλεκτρικη ενεργεια μεταβαλλεται ακομη κατα το πλειστον με γεννητριεs ντιζελ, ενω αυτη με κυψελεs καυσιμου ειναι πολλαπλωs πιο αποτελεσματικη και ωs εκτουτου αποτελουν αυτεs μια πιο ελπιδοφορα τεχνολογια, διοτι η αρθρωτητα των κυψελων καυσιμου ειναι αυτη που δινει ενα προσθετο βαθμο ελευθεριαs στη διαταξη του ενεργειακου συστηματοs, επιτρεπονταs στουs σχεδιαστεs πλοιων να χρησιμοποιουν αποδοτικοτερα τον διαθεσιμο χωρο.

Εφοσον η ηλεκτροδοτηση τηs διανομηs ενεργειαs στο πλοιο ειναι ουτωs ‘η αλλωs απαραιτητη, εφοσον η τεχνολογια κυψελων καυσιμου σιγουρα θα υιοθετηθει, ο υβριδισμοs με βοηθητικα στοιχεια αποθηκευσηs ηλεκτρικηs ενεργειαs, μπορουν να χρησιμοποιηθουν για την ικανοποιηση αυτων των απαιτησεων, εαν τα συστηματα κυψελων καυσιμου απο μονα τουs δεν ειναι σε θεση να το κανουν.

Ο τυποs τηs κυψεληs καυσιμου και το ναυτιλιακο καυσιμο καθοριζουν πολλα χαρακτηριστικα του συστηματοs.

Η τυχον περιορισμενη δυναμικη των συστηματων κυψελων καυσιμου μπορει να αντισταθμιστει με διαφορα στοιχεια αποθηκευσηs ενεργειαs με καλεs μεταβατικεs δυνατοτητεs.

Για τον σκοπο αυτο, οι κατωθι μορφεs ειναι οι καταλληλεs, καθωs ο λογοs ισχυοs ενεργειαs αυτων των στοιχειων ειναι σχετικα υψηλοs, γεγονοs που τουs επιτρεπει να φορτιζουν σε δευτερολεπτα εωs λεπτα:

Χημικη μορφη (μπαταριεs)
Μηχανικη μορφη, υπο την μορφη κινητικηs ενεργειαs σε σφονδυλο
Υπο μορφη ηλεκτροστατικου πεδιου λογω διαφορετικου ηλεκτρικου φορτιου στουs οπλισμουs (υπερπυκνωτεs).

Οι κυψελεs καυσιμου εχουν ενδιαφερον για τιs ενοπλεs δυναμειs παγκοσμιωs εδω και πολλα χρονια.

Τα στρατιωτικα υποβρυχια απαιτουν μυστικη-ανεντοπιση λειτουργια, μεγαληs διαρκειαs υποβρυχιεs επιχειρησειs, χαμηλο επιπεδο θορυβου και χαμηλεs μαγνητικεs υπογραφεs.

Οι κυψελεs καυσιμου, εκτοs απο την προσφορα μακροχρονιαs και ελαφριαs ισχυοs που ειναι περιβαλλοντικα ανεβλαβειs, προσφερουν επισηs τα στρατηγικα πλεονεκτηματα τηs σχεδον αθορυβηs λειτουργιαs, χωριs τοξικα παραγωγα και χαμηληs θερμικηs υπογραφηs.

Τα οφελη του συστηματοs προωσηs κυψελων καυσιμου ενισχυθηκαν στο εγγυs παρελθον σχετικα, οταν το γερμανικηs σχεδιασηs υποβρυχιο U32 κλασσηs 212, εθεσε ενα νεο ρεκορ για τα μη πυρηνικα υποβρυχια με το να περασει 18 ημερεs σε μετακινηση εν καταδυσει χωριs εκτελεση διαδικασιαs αναπνευστηρα, δηλαδη διαδικασια λειτουργιαs γεννητριων για φορτωση των μπαταριων σε καταδυση.

Το υποβρυχιο αυτο εξοπλισμενο με κυψελεs καυσιμου μεμβρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων, αρχισε να παραγεται απο το 1998 για το γερμανικο ναυτικο.

Η συνολικη ισχυs του συστηματοs κυψελων καυσιμου ειναι περιπου 300 kW και αποτελειται απο 9 μοναδεs κυψελων καυσιμου ισχυοs 34 kW.

Το 2005 ξεκινησε η παραγωγη του υποβρυχιου U32 κλασσηs 214 που χρησιμοποιει δυο μοναδεs κυψελων καυσιμου μεμβρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων ισχυοs των 120 kW και εχει υψηλοτερεs δυνατοτητεs απο αποψη μεγιστηs ταχυτηταs, διαρκειαs παραμονηs σε καταδυση και διανυθεισαs αποστασηs απο ενα συστημα με μονο μπαταριεs.

Η προσφατη εκδοση του υποβρυχιου U32 κλασσηs 209/1400 μπορει να εξοπλιστει με κυψελεs καυσιμου μεμρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων που του δινει την δυνατοτητα να λειτουργει σε μια υποβρυχια αποσταση των 12.000 ναυτικων μιλλιων, διαρκειαs 50 ημερων στουs 10 κομβουs.

Τελοs τα γερμανικα ναυπηγια εχουν κατασκευασει μια παραλλαγη των υποβρυχιων τυπου 212, γνωστη ωs κλασση Dolphin 2, για το Ισραηλινο Ναυτικο, τα οποια φερουν συστημα κυψελων καυσιμου μεμβρανηs ανταλλαγηs πρωτονιων και μπορουν να εξοπλιστουν με πυρηνικεs κεφαλεs.

Γ. Θ. Χατζηθεοδωρου