Sektor morski znajduje się pod coraz większą presją oczekiwań związanych z redukcją emisji gazów cieplarnianych, a armatorzy są obligowani do wprowadzania i przestrzegania praktyk bardziej przyjaznych środowisku, przy jednoczesnym zachowaniu rentowności. Szacuje się, że żegluga stanowi ok. 90% ogółu transportu, a jej udział wzrósł od 1970 r. aż o 400%. Transport drogą morską odpowiada za ok. 3% światowej emisji zanieczyszczeń. Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) od ponad 2 dekad prowadzi intensywne prace nad skłonieniem czy wręcz zmuszeniem armatorów do możliwie największej redukcji zanieczyszczeń emitowanych przez jednostki pływające. Intensywne prace prowadzone w IMO nad tym problemem zaowocowały m.in. przyjęciem globalnych środków efektywności energetycznej dla statków, zawartych w załączniku VI Międzynarodowej konwencji o zapobieganiu zanieczyszczeniu morza przez statki (MARPOL), zatytułowanym „Przepisy o zapobieganiu zanieczyszczaniu powietrza przez statki”. W załączniku tym wprowadzono nowy rozdział 4. zawierający rozwiązania prawne w zakresie środków technicznych i operacyjnych w celu poprawy efektywności energetycznej jednostek.

Są to: projektowy wskaźnik efektywności energetycznej (Energy Efficiency Design Index, EEDI) wymagany dla statków nowych i poddanych znacznej przebudowie oraz plan zarządzania efektywnością energetyczną statku (Ship Energy Efficiency Management Plan, SEEMP). EEDI to wskaźnik, przy pomocy którego ustanawia się minimalne wymagania dotyczące efektywności energetycznej dla nowych statków w zależności od typu i wielkości. Jak wyjaśnia dr hab. Dorota Pyć, prof. UG, kierowniczka Katedry Prawa Morskiego WPiA UG, EEDI pozostawia zainteresowanym, ale i obowiązanym do jego stosowania podmiotom możliwość wyboru technologii do zastosowania w projekcie statku, o ile osiągnięty zostanie wymagany poziom efektywności energetycznej, umożliwiając zastosowanie najbardziej opłacalnych rozwiązań.

Celem SEEMP z kolei jest wprowadzenie w przedsiębiorstwie żeglugowym i/lub na statku mechanizmu/planu poprawy efektywności energetycznej pozostającego w ścisłym związku z eksploatacją statku. Zaleca się, aby SEEMP dla danego statku stał się częścią szeroko rozumianej polityki przedsiębiorcy żeglugowego, który jest właścicielem, eksploatuje lub kontroluje statek, w zakresie zarządzania energią – tłumaczy dr Pyć.

Opracowanie SEEMP wymaga, żeby armator (przedsiębiorca żeglugowy) dokonywał przeglądu istniejących praktyk i zużycia energii na statku, a także określał obszary wymagające poprawy efektywności energetycznej. W publikacji „Uwagi do eksploatacyjnego wskaźnika efektywności energetycznej statku” dr hab. inż. Jerzy Herdzik, prof. Akademii Morskiej w Gdyni, wskazuje rolę, jaką w tym procesie odgrywa załoga jednostki, ze względu na możliwość podejmowania końcowych decyzji odnośnie rzeczywistej trasy rejsu, prędkości statku, stanu kadłuba, sposobu załadowania i rozmieszczenia ładunku, ilości wód balastowych, wykorzystania elementów układu energetycznego statku czy rodzaju spalanego paliwa. Wszystkie te procesy można zoptymalizować tak, by przełożyło się to na jak najlepszą efektywność energetyczną jednostki.

– Podstawowym zadaniem załogi statku jest ograniczanie zapotrzebowania na energię, czyli oszczędzanie. Dotyczy to również działań związanych ze zmniejszeniem oporów kadłuba. Niewłaściwa obsługa steru (zbyt duże wychylenia steru powodujące myszkowanie statku) powoduje nie tylko wydłużenie drogi statku, ale wzrost oporów kadłuba. Tylko z tego powodu zwiększa się obciążenie silnika głównego, obniżając zarazem prędkość statku o 0,5-2 w. Powszechnie korzysta się z usług tzw. automatycznego pilota, ale warto zadbać o jego poprawną regulację – wyjaśnia dr Herdzik.

Według niego do metod i sposobów, które pozwolą na zmniejszenie zużycia paliwa i emisji CO2 z transportu morskiego, zalicza się m.in.:

  • optymalizację kształtu kadłuba w celu zmniejszenia sumarycznego oporu,
  • stosowanie gruszek dziobowych i innych elementów zmniejszających opór falowy kadłuba,
  • stosowanie dysz na kadłubie poniżej linii wodnej przez które wypływa sprężone powietrze, co powoduje zmniejszenie gęstości ośrodka wokół kadłuba, a w rezultacie zmniejszenie oporu tarcia,
  • stosowanie skutecznych farb antyporostowych na podwodną część kadłuba statku (choć niestety farba tego typu, ze względu na zastosowane w nich składniki, stwarza zagrożenie dla środowiska morskiego).

Ciekawym pomysłem na zwiększanie efektywności energetycznej pływających już jednostek jest chociażby program inwestycyjny Finnlinesa, polegający na przedłużeniu o 30 m sześciu statków ro-ro, realizowany w Gdańskiej Stoczni Remontowej. Projekt ten polega na przecięciu jednostki w doku, zbudowaniu długiej na prawie 30 m i ważącej 1500 t wstawki oraz powtórnym scaleniu kadłuba i połączeniu wszystkich systemów przedłużonego statku w jeden organizm. W wyniku takiej operacji przedłużone w polskiej stoczni do długości 217 m statki Finnlinesa uzyskują przyrosty: tonażu o 21%, linii ładunkowej o 26% oraz liczby przewożonych kontenerów o 17%. Zwiększa się także bezpieczeństwo żeglugi i przewożonego ładunku. Po przedłużeniu statek ma większą linię nawodną, dzięki czemu zachowuje się bardziej stabilnie na wzburzonym morzu, a także mniej kołysze przy sztormowej pogodzie.

Jak mówi Piotr Grzybowski, główny specjalista ds. badawczych gdańskiego Centrum Techniki Okrętowej, projektowanie statku tak, by cechował się on jak najlepszą efektywnością energetyczną, będąc jednocześnie dochodową jednostką pływającą, jest sztuką kompromisów.

Można zbudować statek, który będzie stawiał mniejszy opór fali, ale w związku z tym będzie on też zabierał mniej ładunków – tłumaczy, dodając, że bardzo duża część pracy specjalistów z CTO skupiona jest właśnie na badaniu właściwości oporowych jednostek pływających. Praktycznie każdy projekt czy też zdecydowana ich większość przechodzi w zakładzie próby, które pokazują jaki opór stawia dana jednostka podczas ruchu, czego konsekwencją jest ekspertyza sugerująca, co można w danym wypadku poprawić i jakim kosztem.

Jak poprawimy opór, możemy pogorszyć właściwości statecznościowe, ładunkowe albo możliwość elastycznego wykorzystania wnętrza statku. Z naszą ekspertyzą musi sobie poradzić projektant i zdecydować, w jakim stopniu i czy w ogóle nasze porady opłaca się mu wykorzystać – wyjaśnia P. Grzybowski.

Według niego, prace nad zmniejszaniem oporu hydrodynamicznego kadłuba to dziedzina już okrzepła i nie spodziewa się po niej większych przełomów. Jedną z nielicznych nadziei na znaczny postęp w tej kwestii była technologia wykorzystania powietrza w roli środka zmniejszającego tarcie wody o poszycie, poprzez tworzenie pęcherzyków powietrza wzdłuż kadłuba jednostki czy wytworzenie pod dnem ciągłego przepływu powietrza. Kadłubowi statku bowiem łatwiej ślizgać się po powietrznym bąblu niż stawiać opór wodzie. Jednak utrzymanie bąbla powietrznego pod zanurzonym kadłubem poruszającej się na fali jednostki jest sposobem karkołomnym.

To rewolucyjna metoda, ale szalenie niepraktyczna. Samo zjawisko fizyczne jest bardzo rokujące, natomiast obecnie jego zastosowanie jest właściwie niemożliwe. Może ktoś kiedyś znajdzie sposób, żeby to jakoś okiełznać – mówi specjalista CTO.

Dlatego, jak wyjaśnia, zamiast wieloma działaniami próbować uzyskać niewielkie w sumie zmniejszenie szkodliwości konwencjonalnej jednostki pływającej, lepiej stawiać odważne kroki naprzód, budując statki napędzane energią mniej lub w ogóle środowisku nieszkodzącą. Podstawowym sposobem zmniejszenia emisji CO2 jest przejście na paliwa niezawierające węgla, np. wodór czy energię cieplną reakcji jądrowych. Choć to jeszcze pieśń przyszłości. Kolejnym i coraz powszechniej stosowanym jest wykorzystanie paliw o niższej zawartości węgla, np. metanu (w postaci LNG lub CNG), które charakteryzują się większą wartością opałową. Uwzględnienie mniejszej zawartości węgla (ok. 88%) i większej wartości opałowej metanu (ok. 130%) w stosunku do paliw ciężkich powoduje, że emisja CO2 przy spalaniu metanu zmniejszy się do ok. 67,7%. Oznacza to zmniejszenie emisji o ok. 1/3. Dostępne są już od wielu lat silniki okrętowe przystosowane do spalania paliw ciekłych i gazowych.

Jak tłumaczy dr Herdzik, podjęto już np. próby wspomagania napędu głównego statku poprzez wypuszczenie na linie żagla jako latawca. Przy korzystnych kierunkach wiatru i odpowiednio umieszczonym żaglu można zmniejszyć obciążenie silnika głównego (a zarazem zużycie paliwa) o 5-15%.Stosowanie ogniw (paneli) słonecznych na statku w celu wytwarzania energii elektrycznej, a w rezultacie zmniejszenie ilości energii elektrycznej wytwarzanej w tradycyjny sposób stanowi pole do popisu dla projektanta współczesnych statków handlowych.

Stosowanie paneli słonecznych wytwarzających energię elektryczną na potrzeby łodzi lub jachtów jest już często podejmowane. Zbudowano oraz sprawdzono w działaniu samolot i łódź z taką formą pozyskiwania energii, które okrążyły ziemię korzystając tylko z energii słonecznej – wyjaśnia prof. AM. – Można planować wykorzystanie korzystnych dla kursu statku prądów i pływów morskich. Ma to istotne znaczenie w sytuacji, w której kierunek pływów lub prądów ulega zmianie (odwróceniu). Wejście na dany akwen morski może w nieodpowiednim czasie zmniejszać prędkość statku, we właściwym go zwiększać. Przy prędkości prądów 0,5-3 w. i prędkości statku 15 w. stanowi to zmianę prędkości statku od 3% do 20%, zmianę obciążenia silnika głównego i zmianę zużycia paliwa.

Według dr Pyć, poprawa efektywności energetycznej w zakresie eksploatacji statku niekoniecznie zależy wyłącznie od przedsiębiorstwa żeglugowego faktycznie eksploatującego statek. Zależy ona również od decyzji i interesów wielu uczestników, łącznie ze stoczniami remontowymi, amatorami, czarterującymi, właścicielami ładunków, dostawcami usług portowych i zarządzającymi ruchem statków. Przykładowo, eksploatacja statku w zakresie wykonywania usług „dokładnie na czas” wymaga dobrego i wczesnego przepływu informacji między podmiotami, np. dostawcami usług portowych a operatorem statku. Im lepsza koordynacja między uczestnikami tego procesu, tym większej poprawy w zakresie efektywności energetycznej można oczekiwać. Dlatego zaleca się, aby również przedsiębiorstwo żeglugowe stworzyło plan gospodarki energetycznej dotyczący zarządzania flotą (o ile taki plan nie został już wcześniej wdrożony) i wprowadziło konieczność koordynacji działań uczestników tego procesu.