Energia limpa

GPL e amoníaco podem ser a solução para o transporte marítimo livre de emissões

GPL e amoníaco podem ser a solução para o transporte marítimo livre de emissões

A indústria naval europeia está a todo o vapor uma vez que uma nova onda de tecnologia de energia limpa está prestes a atirar borda fora as emissões de gases com efeito de estufa.

O transporte marítimo, embora essencial para o comércio, contribui significativamente para as emissões que provocam as alterações climáticas. O transporte marítimo mundial emite 3% dos gases com efeito de estufa (GEE) a nível mundial. A indústria marítima é responsável pelo transporte de nada menos que 90% do comércio mundial, pelo que há uma pressão crescente sobre o sector para reduzir rapidamente a sua pegada de carbono.

"A navegação internacional em mar aberto é uma das principais fontes de todas as emissões na Europa", afirma Syed-Asif Ansar, cientista do Centro Aeroespacial Alemão (DLR).

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Embora 3% possa não parecer titânico à escala, o crescimento da procura de transporte marítimo a nível mundial significa que as emissões marítimas têm vindo a acelerar mais rapidamente do que a maioria dos outros sectores, afirma aquele cientista.

Se não for tomada nenhuma medida, o transporte marítimo poderá ser responsável por 10-13% das emissões globais dentro de algumas décadas.

Combustível de transição

Hoje em dia, a maioria dos navios de transporte marítimo e de contentores depende de motores diesel que geram eletricidade para impulsionar o navio. A Organização Marítima Internacional (IMO), a agência das Nações Unidas responsável pela regulamentação da navegação, pretende reduzir as emissões dos navios oceânicos para metade, até 2050. Isto exige que a indústria defina uma rota para combustíveis mais limpos.

Uma das abordagens é abandonar o diesel e rumar para o gás natural liquefeito (GNL). O GNL forma-se quando o gás natural (metano) é arrefecido, passando da forma gasosa à líquida, tornando-o 600 vezes mais pequeno em volume. Isto torna mais fácil o seu transporte e o armazenamento. O aumento da temperatura transforma-o novamente num gás. Embora o GNL ainda seja um combustível fóssil, está incluído na taxonomia da UE, que o enumera como um combustível de transição que ajudará à mudança para energias renováveis num futuro próximo.

Remoção de fumos

Em 2020, o projeto Nautilus propôs-se desenvolver um novo tipo de motor baseado no GNL que reduziria para metade as emissões de gases com efeito de estufa em comparação com o gasóleo e removeria totalmente os gases de escape dos motores a diesel, que contêm poluentes nocivos para a vida marinha e para a saúde humana. O projeto Nautilus, palavra grega para marinheiro, está agora a construir um motor especial no DLR na Alemanha que funcionará a GNL.

Este motor contém uma célula de combustível de óxido sólido que transforma o GNL em eletricidade, sem queimar o gás, e depois alimenta uma bateria. A célula de combustível e a bateria propulsam conjuntamente o navio. Assim, muito mais energia química do gás vai para a propulsão do que se fosse apenas queimada.

"A conversão energética não é a combustão, mas sim uma conversão eletroquímica", explica Ansar, líder do projeto Nautilus.

Os combustíveis de óxido sólido já existem, mas não na escala utilizada na navegação. Está prevista a sua utilização em centrais de produção de energia. Mas a tecnologia existente é demasiado volumosa para os navios. "O peso não é um problema para os navios", diz Ansar, "mas o volume é".

Revestimentos marítimos

Considere também que um transatlântico típico requer 40 a 60 megawatts, aproximadamente o mesmo consumo de energia que uma cidade com cerca de 10 mil casas. No momento atual, os fornecedores na Europa só conseguem fornecer unidades de células de combustível de óxido sólido na sua maioria abaixo dos 10 quilowatts, uma fração do que é necessário.

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

A equipa pretende obter a certificação de testes em terra até 2024, com testes a bordo até 2026, e um navio de passageiros alimentado pelo motor até 2030.

O próximo passo será então o navio porta-contentores. Estão a pensar em grande. "Não queremos alimentar navios em aplicações de nicho", disse Ansar. "O nosso objetivo é o elefante na sala, que são os navios de carga, grandes navios de passageiros e outros transatlânticos".

E como a energia do GNL ainda gera emissões de CO2, o projeto está também a olhar mais à frente para quando este combustível fóssil transitório será substituído por uma alternativa de baixo carbono.

Metano verde

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

Por agora, a ambição é substituir gradualmente os motores diesel em navios por tecnologia baseada em células de combustível, GNL e armazenamento de baterias. Os desafios seguintes envolvem tornar as unidades suficientemente robustas para viagens oceânicas, de grande escala e capazes de operar sob diferentes cargas.

Mas o gasóleo e o GNL não são as únicas opções quando se trata de alimentar cargueiros e petroleiros oceânicos. Outro projeto procura "limpar" a navegação mundial, abraçando o potencial do amoníaco para dar energia à indústria naval.

O amoníaco é amplamente utilizado na indústria química e é mais conhecido como o principal ingrediente em fertilizantes. Incolor e com um odor pungente, o facto de a molécula de amoníaco (NH3) ser rica em hidrogénio torna-a perfeita para a adaptar como combustível. Quando utilizado como combustível, as únicas emissões são de água, não havendo carbono presente para produzir CO2.

"Estamos muito atentos ao amoníaco como possível alternativa ao combustível de carbono fóssil para propulsão", afirmou Andrea Pestarino na consultoria RINA em Itália, "mas não há nenhum motor comercial que possa ser instalado neste momento a bordo de um navio". Coordena o projeto Engimmonia, uma das várias iniciativas em todo o mundo que procuram explorar o amoníaco como fonte de energia para a navegação

Energia densa

O amoníaco é um meio relativamente denso em energia para armazenar e transportar hidrogénio verde gerado por energias renováveis. O amoníaco líquido embala mais energia no mesmo volume que o hidrogénio líquido, e pode ser armazenado a 33°C negativos, em oposição aos 253°C negativos necessários para o hidrogénio.

"Em vez de armazenar hidrogénio, armazena-se amoníaco", diz Pestarino. Na prática, isto significa que já não precisa de grandes tanques pressurizados para armazenar gás hidrogénio concentrado, mas pode simplesmente agregar-se ao amoníaco líquido refrigerado.

No entanto, é preciso cuidado para assegurar que não haja fugas, uma vez que o amoníaco é tóxico e cheira mal. O projeto está a enfrentar mais um desafio; assegurar que os gases nocivos de óxido nitroso sejam eliminados dos gases de escape quando o amoníaco é consumido.

Não se fala de outra coisa nos círculos de navegação. "O amoníaco é atualmente visto como a forma mais eficiente de descarbonizar o sector naval, especialmente a propulsão", disse Pestarino.

Amoníaco verde

O projeto Engimmonia pretende também transformar as tecnologias utilizadas em terra e utilizá-las na navegação, adaptadas às condições do mar. Isto requer estratégias de reciclagem do calor desperdiçado para eletricidade e ar condicionado. Existem também desafios práticos, tais como onde instalar painéis solares em navios porta-contentores, que têm muito poucas superfícies livres, na sua conceção atual.

Basta dizer que o amoníaco em si terá de ser amoníaco verde, gerado a partir de fontes de energia renováveis, da mesma forma que o GNL terá de ser eventualmente substituído por metano verde. Neste momento, o amoníaco não é uma alternativa livre de carbono porque é utilizada a energia de combustível fóssil na sua criação.

Estão em curso numerosas iniciativas para levar a indústria naval rumo à descarbonização, de acordo com os objetivos do Pacto Ecológico Europeu, um plano para fazer da Europa o primeiro continente do mundo neutro em termos climáticos.

A investigação deste artigo foi financiada pela EU, que foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.

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