La búsqueda marítima del Santo Grial de la energía alternativa

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La industria marítima ha trabajado con una sola fuente de combustible durante más de un siglo y, con la prisa por cumplir con las normas de emisiones, tanto en el mercado nacional como en el extranjero, la adaptación a la lista actual de combustibles alternativos presentará importantes problemas. Cada mercado, ya sea de aguas azules, aguas marrones, costeras, nacionales o extranjeras, presenta sus propios problemas.

Elija cualquiera de los astilleros de construcción naval más grandes del mundo y el diseño básico del barco de alta mar incluirá un gran motor de combustión de dos tiempos.

Eliminar ese único sistema de propulsión de la construcción actual de los barcos para cumplir con los estándares de emisiones sería devastador para la rentabilidad de los astilleros.
En primer lugar, debemos ser conscientes de que el actual plazo de emisión no se cumplirá y que los pedidos de segundos buques seguirán incluyendo este tipo de propulsión en el futuro próximo.

El debate sobre el cambio climático y las emisiones de los buques se remonta a 2012, con un análisis del amoníaco como combustible militar. El doctor William Ahlgren definió la transición hacia el abandono de los combustibles fósiles como una "Estrategia de Combustible Dual". El análisis combinó las fuentes de energía de combustibles fósiles con la energía eléctrica, y la investigación presentó tres estrategias para un futuro energético alternativo:

• una economía del hidrógeno que combine la energía eléctrica y el combustible de hidrógeno,
• una economía eléctrica completa, y
• una estrategia de combustible dual que permita la introducción de energías renovables líquidas.

La "Estrategia de Combustible Dual" se basó en la compatibilidad del amoníaco líquido o el metanol con la infraestructura energética actual. La industria naval adoptó el concepto y continuó el desarrollo de la combustión de dos tiempos, incorporando inicialmente GNL de combustible dual. Mientras que el debate sobre emisiones y los objetivos regulatorios apuntaban a cero, la estrategia se basaba en un concepto de "transición gradual". El cero era imposible sin el componente eléctrico, y pocos, si es que alguno, de los constructores mundiales estaban preparados para asumir el uso de baterías y almacenamiento de energía a los niveles de potencia necesarios para mantenerse competitivos.

Hasta la fecha, existen cientos de informes sobre entregas de combustible dual. Sin embargo, en este punto de la transición, el "dual" ha sido una mezcla de combustibles alternativos y fósiles, y existen razones para ello.

El mantra del "Santo Grial" ha sido el hidrógeno. No es tan difícil de entender, ya que todas las alternativas energéticas futuras tienen un enlace de hidrógeno. Comience por determinar la densidad real del combustible y la energía disponible en BTU que producen los nuevos combustibles alternativos. Ya sea amoníaco, metanol, GNL, biocombustible o hidrógeno, ninguno alcanza la densidad y la energía del diésel marino simple. De hecho, la mayoría proporciona el 50 % o menos. Además, ninguno alcanza el "cero" en su estado actual y no lo alcanzará hasta que se ofrezca en una forma "verde" propuesta.

El problema de la densidad por sí solo crea dificultades en la construcción naval. Menos energía requiere tanques de combustible más grandes y la necesidad de transportar más combustible. Más combustible, menos carga; menos carga, menores ganancias. El problema persiste con la ubicación de los nuevos tanques de combustible y cómo se ven afectados la estabilidad, la estiba, el asiento y el calado. El problema podría resolverse manteniendo los niveles actuales de inventario de combustible y aumentando el número de operaciones de abastecimiento. Un problema asociado con el combustible alternativo seleccionado y si el patrón de comercio de los buques proporciona la infraestructura para confirmar la disponibilidad de combustible en los puertos de abastecimiento. Verá que la mayoría de los puertos actuales no pueden garantizar esto para el metanol, el hidrógeno, el amoníaco o el GNL. Si añadimos el requisito de combustible del piloto durante el encendido y el hecho de que el gasóleo marino sea el combustible dual, necesitamos dos tipos de tanques de combustible.

Con muchos nuevos proyectos de construcción que buscan cumplir con las regulaciones de emisiones, el hecho de que sigamos utilizando un solo motor de combustión de dos tiempos de gran tamaño representa el mayor obstáculo. La descripción de "combustible dual" se referirá a un combustible alternativo y un combustible fósil durante un largo período de transición.

Tanto tiempo que los astilleros coreanos creen que la "captura de carbono" será el siguiente paso para mantener vigente el diseño estándar. La transición al GNL en los motores de combustión duró más de dos décadas y su uso sigue creciendo. Si consideramos que el primer gran motor de combustión de amoníaco de dos tiempos completó con éxito una operación de carga del 25 % al 100 % en un banco de pruebas en febrero de 2025, la luz "cero" al final del túnel se vuelve cada vez más tenue. El final del período de transición está muy lejos y seguiremos abasteciendo de diésel en los próximos años.

También existen riesgos de seguridad que requieren revisiones importantes de la ventilación, la protección del personal y la capacitación. El vapor de amoníaco es tóxico y su distribución hacia y desde la fuente de propulsión es una preocupación importante. El amoníaco tiene un punto de inflamación más alto, aunque su rango explosivo es menor cuando se mezcla con aire. Los cálculos atmosféricos para evitar igniciones o explosiones son muy diferentes a los del diésel marino estándar o el petróleo negro.

En cuanto al hidrógeno como combustible, la densidad del hidrógeno comprimido dificulta y encarece su transporte al buque y su almacenamiento durante el repostaje. Licuar el hidrógeno y utilizarlo criogénicamente (similar al amoníaco o al GNL) añade un coste significativo tanto para la licuefacción como para la regasificación. Con todas estas nuevas decisiones, debemos apoyar la iniciativa "Well to Wake" (De la energía al agua); el uso de energía para crear la "nueva energía" debe incluirse en el cálculo final de las emisiones, al igual que la importante disrupción en los costes de la construcción naval.

Los mercados de embarcaciones de trabajo, remolcadores y transbordadores más pequeños están mucho más adelantados en la búsqueda del Santo Grial, hasta el punto de que casi pueden decir "ha elegido sabiamente". Muchos fabricantes de motores de cuatro tiempos están produciendo nuevos productos que abarcan desde motores con capacidad para metanol hasta motores completamente independientes del combustible.

Cummins ha recibido la aprobación inicial para los motores QSK60 IMO II/III, compatibles con metanol, con rangos de potencia de 2000 a 2700 caballos. Otros proyectos han abordado la producción de hidrógeno a bordo e incorporado pilas de combustible, vehículos eléctricos híbridos y baterías para cumplir con los objetivos de emisiones. Este mercado de embarcaciones de trabajo costeras y transbordadores ha superado el combustible dual y se ha adentrado en las revisiones de la propulsión eléctrica, como se previó en 2012.

Más allá de los problemas de operación y propulsión de los buques, también debemos analizar cuidadosamente el tonelaje actual de los proveedores de combustible y las compañías de abastecimiento. Con la adopción del GNL de doble combustible por parte de la industria de cruceros, hemos observado un continuo suministro de barcazas y buques de abastecimiento de GNL para respaldar las entregas de GNL. Lo que falta en los mercados estadounidenses es el tonelaje necesario de "barcazas de abastecimiento" para transportar amoníaco, metanol o biocombustibles. El desarrollo de esta infraestructura va mucho más allá de la capacidad de almacenamiento en tierra en los puertos de abastecimiento. Se requieren recubrimientos específicos para los tanques de las barcazas para ciertos biocombustibles o metanol, junto con las cargas de base química necesarias para mezclar los biocomponentes. El amoníaco requerirá una licuefacción criogénica similar a la del GNL. Se necesitarán recubrimientos poliméricos avanzados, como "Marine Line", para el metanol, el etanol o los ésteres metílicos de ácidos grasos. Las flotas extranjeras pueden entregar estas mezclas y productos químicos a EE. UU. Sin embargo, la flota nacional ahora debe construir y responder a las nuevas cargas para satisfacer la demanda de distribución.

La ruta más rápida para que un operador mantenga la calificación de "Indicador de Intensidad de Carbono" en sus buques existentes será adoptar la tecnología Bio. Esta medida respaldará la estrategia de doble combustible y permitirá a los propietarios u operadores declarar una reducción de emisiones. Cada pequeño esfuerzo nos ayuda a alcanzar nuestros objetivos climáticos. Más allá del análisis de 2012, solo la tecnología nuclear puede alcanzar el nivel "Cero" y, sin duda, el debate sobre cómo este cambio de propulsión afectará la construcción de buques ya está en marcha.