Các lựa chọn công nghệ được thực hiện khi đóng một con tàu mới

Kể từ khi các tàu chạy bằng diesel đầu tiên được chế tạo và vận hành vào đầu thế kỷ 20, sự phát triển công nghệ trong vận tải đã ổn định và phát triển. Sự phát triển liên tục của ngành vận tải biển dự báo sẽ kết thúc với nhiên liệu truyền thống vào khoảng giữa thế kỷ 21. Yêu cầu giảm phát thải khí di-oxit các bon và kỹ thuật - công nghệ chuyển đổi số hóa sẽ tạo sự thay đổi lớn. Thách thức đối với một con tàu được chế tạo ngày nay là sự thay đổi này sẽ diễn ra trong vòng đời khai thác. Việc không tính đến các phát triển công nghệ và quy định có thể thấy trước có thể khiến một con tàu được chế tạo không có vị thế cạnh tranh; trong trường hợp xấu nhất, nó có thể sẽ bị hạn chế hoạt động hoàn toàn. Do đó, các lựa chọn công nghệ được thực hiện khi đóng một con tàu mới sẽ quyết định khả năng vận hành cạnh tranh trong tương lai hay không.

 

 

 

 

Mục tiêu giảm phát thải rất quan trọng

Năm 2018, Tổ chức Hàng Hải thế giới (IMO) đã áp dụng chiến lược ứng phó với biến đổi khí hậu, kêu gọi giảm phát thải khí nhà kính (GHG) xuống 50% vào năm 2050 so với mức năm 2008. Tổng mức giảm cần thiết cho mỗi tàu sẽ phụ thuộc vào sự phát triển của đội tàu toàn cầu. Dự báo hàng hải đến năm 2050, một phần của báo cáo về Triển vọng chuyển đổi năng lượng của DNV GL, ước tính rằng thương mại bằng đường biển sẽ tăng khoảng 40% trong khoảng thời gian từ 2008 đến 2050. Để đạt được mục tiêu phát thải GHG năm 2050, lượng phát thải từ bất kỳ tàu nào sẽ phải nhỏ hơn 30% lượng khí thải trung bình của một con tàu hiện nay. Mục tiêu này ngụ ý rằng các tàu được đóng vào năm 2050 phải phát ra ít hơn đáng kể để bù cho các tàu cũ có lượng khí thải cao hơn vẫn đang hoạt động. Tất cả điều này có nghĩa là việc giảm phát thải khổng lồ phải sớm đạt được để mục tiêu đã xác định trong tầm tay.

Về cơ bản, có hai lĩnh vực phải được giải quyết để đáp ứng mục tiêu giảm: giảm thiểu năng lượng cần thiết để vận hành tàu và giảm lượng khí thải carbon từ cung cấp năng lượng.

Biện pháp giải quyết từ vận hành – khai thác

Nhu cầu nhiên liệu có thể được hạ xuống ở một mức độ nào đó bằng cách thực hiện các biện pháp hoạt động, chẳng hạn như giảm tốc độ hoặc tối ưu hóa các tuyến đường và hiệu quả logictic. Hơn nữa, thiết kế tàu có thể được cải thiện theo nhiều cách khác nhau, từ việc chọn kích cỡ tàu hiệu quả nhất đến sử dụng vật liệu hoặc công nghệ thay thế, như tối ưu hóa thủy động lực học của thân tàu và sức cản từ không khí. Các công nghệ bổ sung có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng cần thiết hiệu quả hơn. Các ví dụ bao gồm thu hồi nhiệt thải từ chuyển đổi nhiên liệu, hệ thống năng lượng lai (điện – diesel, năng lượng tái tạo…) và các thiết bị tăng cường hiệu quả đẩy.

Tuy nhiên, chỉ cải tiến hiệu quả sử dụng nhiên liệu hầu như không thể đạt được mức giảm phát thải cần thiết phù hợp mục tiêu vào năm 2050. Trên thực tế, Dự báo hàng hải của tổ chức đăng kiểm DNV GL đến năm 2050 đánh giá: những biện pháp này thậm chí sẽ không bù đắp hoàn toàn cho sự gia tăng khí thải do mức tăng trưởng dự kiến ​​của đội tàu thương mại toàn cầu. Do đó, ngành công nghiệp hàng hải phải chuẩn bị cho việc sử dụng các loại nhiên liệu có khả năng phát thải khí cac - bon thấp trong tương lai trong khi sử dụng nhiên liệu có cường độ cacbon giảm và khí thải nitơ oxit (NOX) thấp, như LNG và LPG, trong một giai đoạn chuyển tiếp cho đến khi có đủ cơ sở khẳng định xu hướng tương lai.

Rào cản thương mại và chuyển giao công nghệ

Bộ tích điện (pin) có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng không có cac-bon trong một số ứng dụng vận tải ven biển, khoảng cách ngắn và dự trữ năng lượng điện trên tàu để giảm sự phụ thuộc vào động cơ diesel. Tuy nhiên, lượng năng lượng cần thiết cho vận chuyển đường dài phải được dự trữ trên tàu ở dạng nhiên liệu. Năng lượng hạt nhân đã được thảo luận như là một nguồn năng lượng không có khí thải nhưng không có khả năng tìm thấy sự chấp nhận của công chúng sau thảm họa ở Chernobyl và Fukushima.

Nhiên liệu sinh học có thể đóng một vai trò nhưng với dân số thế giới ngày càng tăng, khu vực nông nghiệp sẵn có sẽ ưu tiên để trồng lương thực - thực phẩm cho con người. Thu hồi và lưu trữ carbon, đã được thực hiện ở một mức độ nào đó, được ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch ưa chuộng vì nó sẽ cho phép tiếp tục sử dụng dầu mỏ và khí đốt. Tuy nhiên, vẫn còn nghi ngờ về sự ổn định lâu dài của các kiến tạo địa chất được sử dụng để lưu trữ khí CO2.

Do đó, các loại nhiên liệu không có cac - bon trong tương lai rất có thể sẽ là nhiên liệu tổng hợp được tạo ra từ năng lượng tái tạo. Các cuộc thảo luận hiện tại tập trung vào hydro được sản xuất bằng điện phân, sử dụng năng lượng gió hoặc quang điện. Để tránh những thách thức kỹ thuật liên quan đến vận chuyển hydro đường dài, việc chuyển đổi thành amoniac, metan hoặc metanol đang được thảo luận. Khí mê-tan có thể được phân phối bằng cơ sở hạ tầng khí đốt và LNG hiện có.

Có lẽ trở ngại quan trọng nhất hiện đang cản trở việc thực hiện ở quy mô lớn là khả năng thương mại. Tất cả các hãng vận chuyển năng lượng cac bon thấp đều bị ảnh hưởng tài chính nghiêm trọng dưới hình thức chi phí vốn đầu tư cao để trang bị cho tàu sử dụng các nhiên liệu này và tăng chi phí của các nhà cung cấp nhiên liệu dẫn đến chi phí vận hành cao.

Một trong những lý do cho chi phí cao là sự không có sẵn hiện tại của cả hai, các công nghệ và các loại nhiên liệu ở quy mô đủ đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Những nỗ lực to lớn phải được thực hiện để vượt qua những rào cản này và giảm chi phí xuống mức khiến cho tối thiểu  một số giải pháp này hấp dẫn về mặt tài chính. Tuy nhiên, do khoảng cách chi phí giữa các giải pháp này và các giải pháp hiện tại là rất rộng, nên tương lai xa thị trường vận tải biển mới có thể mở rộng bất kỳ giải pháp thay thế nào đến mức yêu cầu.

Hy vọng duy nhất đạt được mục tiêu giảm GHG của IMO vào năm 2050 là thực hiện kịp thời các quy định toàn cầu sẽ thúc đẩy sự phát triển của nhiên liệu và công nghệ. Về cơ bản, có hai tùy chọn không loại trừ lẫn nhau: Thực hiện các yêu cầu kỹ thuật và vận hành, như chỉ số Thiết kế Hiệu quả năng lượng hiện tại và / hoặc cấm mang và sử dụng các loại nhiên liệu vượt quá hàm lượng cac bon xác định, tương tự như lưu huỳnh ở mức 0.5% từ năm 2020; hoặc thực hiện các biện pháp dựa trên thị trường, chẳng hạn như thuế CO2, về cơ bản áp đặt một mức giá đối với CO2 hoặc tất cả lượng khí thải GHG.

Với chi phí cho các giải pháp phát thải bằng không ngày nay, để cơ chế trả phí phát thải hoạt động, chi phí cho mỗi tấn CO2 tương đương có thể phải theo thứ tự vài trăm đô la Mỹ, đối với một số giải pháp thậm chí vượt quá 1.000 đô la Mỹ. Nếu một giải pháp được tích trữ CO2 thành công, mức phí này có thể được giảm theo thời gian. Tuy nhiên, nếu bất kỳ khoản phí hoặc lệnh cấm nào được thực hiện đối với nhiên liệu hiện có, hậu quả có thể là phá sản đối với các chủ tàu đã không chuẩn bị cho một kịch bản như vậy. Trong trường hợp tốt nhất, kết quả sẽ là chi phí bổ sung lớn cho việc trang bị thêm và / hoặc giá nhiên liệu cao hơn; trong trường hợp xấu nhất, tàu sẽ hoạt động tốt trước khi kết thúc vòng đời.

Một kịch bản khác là sử dụng phí phát thải để thành lập một quỹ để tài trợ cho việc phát triển các giải pháp mới. Mức phí như vậy sẽ không cao; Mục đích của nó sẽ không phải là buộc các nhà khai thác áp dụng một giải pháp mới, mà là để cho phép các nhà đổi mới và động lực đầu tiên phát triển, thử nghiệm và mở rộng công nghệ phát thải carbon thấp, tăng hiệu quả về chi phí.

Có những trường hợp ngoại lệ cho kịch bản này đối với các công nghệ và nhà cung cấp nhiên liệu được áp dụng trong một số ứng dụng và tuyến vận tải biển ngắn, nhưng các phân khúc này chiếm một phần rất nhỏ khí thải từ  hoạt động vận chuyển toàn cầu.

Chuyển đổi số hóa chiếm vị trí thứ hai

Một thách thức thứ hai đối với ngành vận tải biển là chuyển đổi số, đã và đang thay đổi nhiều khía cạnh của xã hội, bao gồm cả ngành vận tải biển. Sức mạnh của chuyển đổi số nằm ở khả năng xử lý thông tin của nó. Những hiểu biết kết quả có thể hỗ trợ các quyết định tốt hơn và làm cho hoạt động và quản lý tàu hiệu quả hơn và  tăng khả năng cạnh tranh. Việc phân phối chi phí liên quan đến vận hành và quản lý tàu phụ thuộc vào loại tàu và hồ sơ hoạt động, nhưng các mục chi phí chính là quản trị và thuyền viên, sửa chữa và bảo trì và nhiên liệu.

Một số nhà khai thác tàu đang tận dụng các cải tiến hiệu quả do CNTT hỗ trợ bằng cách tập trung xử lý thông tin và ra quyết định tại các trung tâm hoạt động trên bờ. Điều này đòi hỏi truyển thông băng rộng giữa tàu và các nguồn thông tin liên quan khác với trung tâm hoạt động.

Nếu thông tin đầy đủ được cung cấp và xử lý kịp thời, thậm chí có thể đưa ra quyết định hoạt động theo thời gian thực trung tâm điều hành. Điều này sẽ cho phép nhân viên trên bờ kiểm soát một số chức năng từ xa để giảm thiểu số nhân viên vận hành trên tàu. Cuối cùng, máy tính có thể đưa ra quyết định đáng tin cậy liên quan đến các chức năng cụ thể một cách độc lập dựa trên thông tin kỹ thuật số, điều này sẽ làm giảm nhu cầu về nhân sự, cho dù trên tàu hay trên bờ. Tối ưu hóa các quy trình quyết định dựa trên công nghệ kỹ thuật số do đó có tiềm năng tiết kiệm chi phí khai thác đáng kể.

Chi phí sửa chữa và bảo trì liên quan đến loại và độ bền của thiết bị cần bảo trì. Giám sát tình trạng thiết bị có khả năng giảm đáng kể các chi phí này bằng cách cho phép bảo trì được thực hiện chính xác nếu và khi có nhu cầu, tránh phải sửa chữa đột xuất. Mặc dù có thể theo dõi tình trạng mà không cần số hóa, sự phức tạp của việc thực hiện chẩn đoán và tiên lượng cần thiết một cách kịp thời làm cho cách tiếp cận như vậy không thực tế đối với hầu hết các loại thiết bị. Do đó, chuyển đổi số là một yếu tố thúc đẩy giám sát tình trạng tàu một cách hiệu quả.

Một yếu tố quan trọng trong kịch bản này là sự cần thiết phải hiểu sâu về chức năng và các rủi ro của thiết bị được theo dõi. Đối với thiết bị phức tạp, chỉ có nhà thiết kế và nhà sản xuất có thể có bao quát, chi tiết việc này. Tuy nhiên, khả năng truyền thông tin điều kiện kỹ thuật số vào bờ cho phép các nhà sản xuất chịu trách nhiệm giám sát và bảo trì tình trạng, giải phóng người điều hành tàu trong nhiệm vụ này. Trong ngành hàng không, sự thay đổi trách nhiệm giám sát và ở một mức độ nào đó, việc bảo trì và sửa chữa thiết bị cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) đã xảy ra. Nó thường được liên kết với các mô hình kinh doanh mới lạ, chẳng hạn như các hợp đồng 'quyền lực từng giờ'. Một điểm quan trọng trong khía cạnh này là sự thay đổi đồng thời trong các ưu đãi trao đổi thông tin.

Những thách thức và cơ hội lớn đối với chuyển đổi số

Tất nhiên, chuyển đổi số cũng có tác động đến quá trình giảm phát thải cacbon và có thể hỗ trợ các nỗ lực giảm tiêu thụ nhiên liệu. Ví dụ, thuật toán phần mềm không chỉ có thể giúp tối ưu hóa hoạt động của chính con tàu mà còn cải thiện việc sử dụng nó bằng cách quản lý toàn bộ chuỗi Logictic. Giảm lượng thủy thủ đoàn  có thể giải phóng không gian để có thể tăng lượng hàng hóa vận chuyển và giảm nhu cầu năng lượng phụ trợ, từ đó giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.

Bất cứ nơi nào chuyển đổi số được áp dụng để tăng hiệu quả vận chuyển và tiết kiệm chi phí, thông tin kỹ thuật số được là đầu vào. Thông tin này được cung cấp bởi các cảm biến và các nguồn kỹ thuật số khác và phải được xử lý bởi các máy tính chuyên dụng. Điều cần thiết là tất cả dữ liệu đầu vào có chất lượng cao và có thể dễ dàng được chia sẻ giữa các bên liên quan và hệ thống khác nhau. Một cơ sở  dữ liệu hạ tầng trong tương lai sẽ dựa trên các tiêu chuẩn thay vì các giải pháp độc quyền để cho phép tăng tính minh bạch và công khai.

Giảm phát thải khí các bon di-oxit và chuyển đổi số sẽ đồng hành với ngành công nghiệp hàng hải vửa  là thách thức  và cơ hội lớn. Tổ chức đăng kiểm DNV GL và nhiều nhà nghiên cứu, nhà sản xuất khác đang đầu tư các nguồn lực quan trọng để hiểu rõ hơn về tương lai ngành công nghiệp hàng hải có xu hướng phát triển về giảm phát thải khí cacbon dioxit và chuyển đổi số,  để hỗ trợ khách hàng của mình trong quá trình này được nhiều lợi ích. 

Những thông tin ở trên cho thấy, trong vòng khoảng 30 năm tới đây xuất hiện nhu cầu đổi mới toàn bộ đội tàu thương mại trên thế giới để đáp ứng xu hướng giảm phát thải khí CO2 và chuyển đổi số (hoặc tăng mức độ tự động hóa) đối với tàu biển. Đây sẽ là một cơ hội lớn, thách thức lớn đối với ngành công nghiệp hàng hải nói chung và lĩnh vực đóng tàu nói riêng. Các chủ tàu, các doanh nghiệp cần cập nhật và chuẩn bị trước các điều kiện cần thiết để tận dụng được thời cơ và xu hướng phát triển quan trọng này đối với những con tàu trong tương lai, Những con tàu có mức độ tự động hóa cao hay gọi là tàu thông minh (smart ship), sử dụng nguồn nhiên liệu sạch (green ship) vận hành trên biển và kết nối thông minh với hạ tầng kỹ thuật trên đất liền, phát thải tối thiểu khí nhà kính GHG sẽ là bức tranh hiện thực trong tương lai không xa. Chúng ta sẽ không tìm thấy những con tàu có hình ảnh “Ống khói đen xì” trong thực tế. Chúng ta hãy nỗ lực và tôi tin vào viễn cảnh tất yếu.

Vũ Minh Phú

Nguồn: DNV GL, Tác động hàng hải

(https://www.dnvgl.com/expert-story/maritime-impact/the-future-proof-ship.html)